o Stark / svag: komplett / ej komplett donation (reversibel) till H2O.
Svavelsyra, H2SO4 , är stark 2-protonig: -> H3O+(aq) + HSO4-(aq)
Vätesulfatjonen, HSO4-, är svag. Reversibel: HSO4-(aq) + H2O(l) ó H3O+(aq) + SO42-(aq)
Syrakonstant (Ka) beskriver hur stark en syra är. 10-logaritm i form av pKa.
o Lägre pKa – starkare syra.
o pKa(kolsyra) > pKa(saltsyra)
Bas (pH>7):genererar OH- (hydroxidjon).
o Stark bas – vattenlösliga hydroxider: NaOH, KOH.
o Arrhenius definition: producerar OH-joner när den tillsätts till vatten.
o Ammoniak: NH3(aq) + H2O(l ) ó NH4+(aq) + OH-(aq). Reversibel à svag bas.
pH-skalan: logaritmisk – ett steg är en 10 ggr ökning av oxonium/hydroxid-koncentration.
Kombinera en Arrhenius- syra och Arrhenius-bas àneutraliserar varandra.
o Salpetersyra + natriumhydroxidàjoner av olika slag. H3O+, NO3-, Na+ och OH- .
Vattnets autoprotolys: H3O+(aq) + OH-(aq) ó 2H2O(l ).
Tänder
Skyddas av emalj. 2mm tjock, 98% hydroxyapatit. Pendlar mellan löslig & utfälld form.
Saliv innehåller kalcium- & fosfatjoner à remineraliserar emaljen.
oStreptococcus mutans: kariesbakterie.
§ Använder suckros mha enz.dextransukras à bildar en klibbig polysackarid à klumpar ihop och adherar till tandytan à plack.
§ Bildas även mjölksyra à pH sjunker à hydroxyapatit löses upp à kavitet.
oBuffert: motverkar koncentration av vissa joner i lösning. Motstå förändringar i pH.
§ Ta upp / släppa vätejoner.
§Bikarbonat neutraliserar syror: HCO3- + H+ à H2CO3 à CO2 + H20
§ Koldioxid släpps ut. Vid tillräckligt mängd bikarbonat buffras allt.
§ Koncentration av bikarbonat styrs av salivflödeà ökar vid måltid.
§ Reglerar också pH i saliv och förhållande mellan pH, pK och ration mellan
bikarbonat / kolsyra, enligt Henderson-Hasselbach ekvationen:.
§ pK = 6.1, där H2CO3 = 1.3 mMol/l och HCO3- varierar.
§ Vid låg salivproduktion (1 mMol/l): pH = 5.98.
§ Vid hög salivprodduktion (60 mMol/l): pH = 7.76.
Fluor minskar emaljskador gen. att ta OH-joners plats à bilda fluorapatit (mindre lösligt än hydroxyapatit).
o Hjälper till vid remineralisation. Drar till sig Ca-joner och fluorapatit integreras i emaljen.
o Minskar lösligheten av hydroxyapatit.
o Visar vikten av att kontinuerligt tillföra fluor i låga koncentrationer.
Organisk kemi
Studiet av kolhaltiga ämnen.
A = Z + N. A = masstalet. Z = antalet protoner. N = antalet neutroner.
o Isotop – olika antal neutroner à varierande N.
Bohrs atommodell – elektroner i banor runt kärnan. K = 2. L = 8. M = 18.
Ju fler eleketroner i yttre skalet, ju större chans att ta upp elektroner från omgivningen.
Ädelgaser har sitt yttersta skal fullt à inte reaktionsbenägna.
Periodiska systemet
o Samma grupp – liknande egenskaper. Samma antal valenselektroner.
o Samma period – antalet fulla elektronskal.
Elektroner har egentligen en tydlig vågnatur – ej som Bohrs atommodell.
o Elektr. vågrörelse utrycks i vågekv, Ψ, med en vågfunktion för varje tillstånd hos elektronen.
o Shrödingerekvationen / vågekvationen.
oΨ2 – sannolikheten att hitta en elektron på ett speciellt ställe. Ger orbitaler.
o Orbitaler med lägst energi fylls först med oparade, därefter med motsvarande parade elektroner:
o Storleken på elektronmolnet beror på huvudkvanttalet (n), bikvanttalet påverkar formen s.
§ Kan ha olika former – tex hantelformad.
Jonbindningar: pos laddning hos en kärna får en elektron att gå över till den atomen.
o Ger en atom med positiv nettoladdning, en med negativ nettoladdning.
o Elektrostatiska krafter förenar atomerna = skapar joner.
o Gå vänster till höger i period à fler protoner à drar till sig elektroner mer à
à atomäraradien minskar à joniseringsenergi och elektronegativitet ökar.
o Li Be B C N O F. Li mycket låg elektronegativitet, F mycket hög à F attraherar därför elektroner.
o Joner har hög smältpunkt. Polära lösningsmedel löser bindningen à elektriskt ledande lösning.
Kovalentbindning: elektronerna dras in mellan atomkärnorna
o Attraheras av bägge kärnornas positiva laddning, atomer delar elektroner.
o H2 H· + ·H à H:H eller H-H
Strukturteori
Struktur bestämmer ämnets egenskaper:
o Vilka atomer, hur de är sammanbundna, elektroneg. , struktur i 3D.
Isomeri
Samma molekylformel, olika ämnen. Kan helt olika kok- och smältpunkter.
Skiljer sig åt strukturmässigt.
Cis-/transisomeri: cis = den här sidan, trans = andra sidan.
Stereoisomerer:
Konstitutionella isomerer: atomer sammanbundna på olika sätt.
Stereoisomerer: olika organisation i rymden. Dock ofta olika smält- & kokpunkt.
o Enantiomerer, stereoisomerer som är spegelbilder av varandra à kiralitet.
o Diastereomerer, stereoisomerer som inte är spegelbilder.
Kirala molekyler: går inte att överlappa. Som händer. Spegelbilder.
o Kirala kolet markeras med *, ordningen beskrivs med R (rectus=höger) eller S (sinister=vänster).
Racemat = blandning av 2 enantiomerer, betecknas (±).
Polymerer
Uppbyggda av flera monomerer som förenas genom polymerisation. Flera eten à polyeten.
Sker under högt tryck och under tillsatts av kemikaler.
3 olika steg i polymerisering:
o Initiering = början – värme, tryck.
o Propagering = sammanfoga till en kedja.
o Terminering = avslut.
Polystyren: frigolit, cellplast. Teflon, Gore-tex etc.
Radikaler
Atomer, molekyler eller joner med oparade elektroner (elektroner brukar ju vara i par – 2 o 2).
Kortlivade, reaktiva ämnen.
Sökar att para sin oparade elektron, ofta genom att plocka upp en vätenatom från ett annat ämne:
o X• + H : R à HX + R•
Vanligt är peroxider, de innehåller en svag O-O bindning och bildar lätt radikaler:
R-O-O-R à 2R-O• peroxid värme radikal
Homolys av kovalenta bindningar till ämnen med oparade elektroner: A : B à A• + B•
o Energi måste tillföras genom tex värme eller ljus för att detta ska hända.
Fördelar med radikaler: biologiska försvar (vita blodkroppar), kan användas för att skapa polymerer.
Nackdelar med radikaler: cellskador, kroniska sår, DNA-skador, ROS.
ROS = reactive oxygen species. Små molekyler (t.ex. syre), fria radikaler, samt peroxider.
o Försvar mot ROS: enzymer som superoxid dismutas och katalas. Även antioxidanter.
o Fria syreradikaler + H à Syre + Väteperoxid
superoxid dismutas
Fett exponeras för syre à dubbelbindning klyvs under bildning av korta, flyktiga, illaluktande fettsyror.
o Dubbelbindningen kan även bilda fria radikaler (oparade elektroner).
§ Orsakar cancer, ådersförkalkning och missbildningar.
Skydd mot radikaler
Alkaner
Enklaste organiska molekylerna, innehåller endast C och H. Vanligt i bränslen och oljor.
Funktionell grupp : alkyl-. Generisk formel: CnH2n+2
Lågpolär molekyl. Endast svaga intermolekylära krafter à låg smält- och kokpunkt, låg löslighet i H2O.
Cykloalkaner: 3 eller fler C-atomer. Generisk formel: CnH2n .Cyklopropan C3H6. Vanligt i steroider.
sdsd
o Katalyserar samma reaktion: klyvning av en peptidbindning.
o Olika as binder till olika enzym à olika subtratspecifitet.
§ Subtratspecifitet beror i sin tur på bindings site.
§ Chymotrypsin har hydrofob ficka – binder as med hydrofoba ringstrukturer (Phe, Tyr, Trp).
§ Trypsin har neg. laddad ficka – binder as med pos laddning (Lys, Arg).
§ Elastas har en grund opolär ficka – binder as med små sidokedjor (Gly, Ala).
§ Alla ovanstående är bukspottskörtelenzym.
o Gemensamt är att enzymaktiviteten hos alla hämmas av DFP.
Varför har enzymer en så kraftig katalytisk förmåga?
o En förklaring: enzym binder och fixerar subtrat i ett bestämt läge à effektivare subtratkoncentration kring active site. Subtratet kan då även angripas lättare av enzymet.
o Annan förklaring: enz ändrar konformat. efter att subtrat bundit in à gynnar efterföljande katalys.
o Interaktion mellan E + S genom många svaga bindningar.
§ Varje interaktion leder till att bindningsenergi frigörs à sänker aktiveringsenergin.
Vilka katalytiska mekanismer finns?
o Active site innehåller ofta sura eller basiska grupper à påskyndar kemisk reaktion.
§ Asparaginsyra, histidin och cystein är ofta förekommande as.
Enzymer är beroende av pH
o Olika enzymer har olika karaktäristiskt pH då de är som mest aktiva.
o Ofta pH-optimum som är anpassat till miljön de befinner sig i.
§ Pepsin i magsäck (pH 2) har pH-optimum 1,6.
o En förklaring: enz anv. sig av syrabaskatalyserad mekanism à active site kräver viss laddning & pH för att kunna binda in.
o Annan förklaring: enz. är beroende av andra joniserade grupper för sin konformation.
§ Ändring av pH à joner förlorar laddning à jon-joninteraktioner försvinner.
o Tredje förklaring: bindningen för subtratet in till enzymet är pH-beroende.
Enzymkinetik
o Hastigheten hos enz.katalyserade reaktioner.
o Info om mekanismen för den katalyserade reaktion, enz.specifitet, fysikaliska egenskaper hos enz.
o Identifiering och karaktärisering av enzymhämmare.
Effekten av subtratkoncentrationen på enzymreaktionen
o Öka subtratkonc à reakt.hast. ökar till en viss pkt, Vmax .
§ Vid Vmax är enzymet mättat, kan ej arbeta fortare.
o E + S x ES à E + P
§ Subtrat binder till enz under bildning av enzym-subtratkomplex (ES). Sker fort.
§ ES-komplexet bryts ner till fritt enzym (E) och produkt (P).
Sker mycket långsammare à hastighetsbestämmande för hela reaktionen.
§ Vmax sker när alla enz.mol finns som ES och mängden fritt E är väldigt liten.
Sker vid hög subtratkoncentration.
§ Vmax är även beroende av sönderfall av ES. Så fort E frigjort sig från P binds nya S in.
Steady state-tillstånd: då enz alltid är mättat med subtrat. Konc. av ES är konstant.
Km beskriver affinitet mellan enzym och subtrat
o Subtratmättnadskurva har karaktäristiskt utseende för varje enzymreaktion.
o Michaeli-Mentens ekvation:
§ V är initialhastighet vid subtratkoncentrationen [S]. Vmax maximala hastigheten.
§ Km = Michaelis konstant. Subtratkoncentrationen som ger hastighet: (Vmax / 2) - Fig 5.5a.
Karaktäriserar interaktion mellan enz. och ett visst subtrat.
Vid fasta, då blodet är runt 5mM, metaboliseras glukos i hjärnan (lägre Km).
Efter måltid, då blodet är 30mM, i levern (högre Km).
Glukosen slussas på så sätt till rätt plats i rätt ögonblick.
§ Ekvationen bygger på att hastigheten av enzymreaktionen (V) beror på sönderfall av ES.
Michaeli-Mentens ekvation inverteras
o Lineweaver-Burks ekvation:
o Gör att man kan räkna ut de olika värdena lättare (se höger).
Enzymer beskrivs genom turn-over number
o Då enz. är mättat med S är hastigheten Vmax beroende av enz.konc. enligt: Vmax = Kcatx E.
o Kcat är en hastighetskonstant (turn-over number).
§ Uttrycker antalet mol av S som omsätts / sek då enzymet är mättat.
o Ett äldre sätt att uttrycka enzymaktivitet: units.
§ Mängd enz. som bildar ett visst antal mMol produkt/minut.
§ Varje enzym producerar alltså ett antal units / mgram enzym.
o Tätt packat heterokromatin & löst packat eukromatin (löst behövs för prot.syntes, mRNA-syntes).
Syntes av rRNA sker i nukleoler
o ”Ribosomfabrik”.
o Transkription och bearbetning av rRNA.
o Finns multipla kopior av rRNA-gener.
§ Transkriberas mha RNA-polymeras.
o Ribosomen sätts ihop av rRNA + ribosomola proteiner à preribosomer à exporteras från kärnan.
o Återstoden av kärnan utgörs av nukleosol/nukleoplasma.
Bakterie saknar kärna
o DNA finns med histoner i cytoplasman.
o Transkription & translation sker samtidigt.
8. Mitokondrier – 93-99
Dubbelmembran som omgärdar matrix – Fig 8.1.
Ansvarig för att producera energi & överföra denna i en användbar form.
o Hjärtmuskler & hårt arbetande muskler har därför fler och större mitokondrier.
Fyra processer äger rum (Fig 8.2):
o Cellandning – elektronbärande proteiner. Producerar energi. Sker i innermembranet.
o ATP-syntes – ADP à ATP mha enz. ATP-syntetas. Sker i innermembranet.
o Citronsyracykel – ox. av acetyl-CoA (slutprodukt vid nedbrytning av glukos, fettsyror & as). I matrix.
o Oxidation av fettsyror – B-oxidation. 2C-fragment avlägsnas från fettsyrekedja & oxideras. I matrix.
Mitokondriens utseende
o Avlång, cylinderformad organell. Diameter 0,5 – 1 µm.
o Ytter- och innermembran. Intermembran (området mellan). Matrix (området centralt) – Fig 8.1.
o Yttermembran – fosfolipidmembran med kanalproteiner.
o Innermembran – ogenomträngligt. Förutom för protoner vid resp.kedja och ribosomers egna prot.
§ Hög andel av proteiner & fosfolipid kardiolipin (gör membranet ogenomtränglgt för joner).
§ Innehåller även proteiner som ingår i el.transp.kedjan.
§ Bildar en serie veck, kristae, som ökar innermembranets yta.
Celler m. högt energibehov (tex muskel) innehåller mitokondrier med mkt kristae.
o Matrix – här finns de enzymer som metaboliserar fettsyror & pyrodruvsyra à acetyl-CoA.
§ Även enzymer som oxiderar acetyl-CoA à CO2 i csc.
Mitokondrier står för den oxidativa metabolismen
o Förbränning av energisubtrat (fett och kolhydrat) mha syre.
o Fett lagras som triacylglycerol.
§ Även triglyceriddroppar insprängda i muskelvänvad.
§ Vid behov hydrolyseras dessa mha hormonkänsligt lipas (HKL).
§ Frigjorda fettsyror transporteras in i matrix på mitokondrier.
§ Där oxideras de à bildas acetyl-CoA.
o Kolhydrat lagras som glykogen i djur, stärkelse hos växter i särskilda granulae.
§ Granulae kantas av enz. som bygger upp / bryter ner glykogen.
§ Glukos oxideras via glykolysen till pyruvat àomvandlas till acetyl-CoA i mitokondrien à vidare oxidation i csc.
o Csc ox. acetyl-CoA à CO2 + energi i form av elektroner.
§ Elektronerna överförs mha koenzymerna NADH & FADH2 till andningskedjan.
§ I slutet av andningskedjan reagerar eleketroner med syre & bildar H2O.
§ Bildas även energi i form av ATP genom oxidativa fosforyleringen.
Elektroner transporteras från NADH eller FADH till syre
o Tre steg:
§ NADH & FADH överför sina elektroner till koenzym Q eller ubikinon.
Detta görs dock av olika enzymkomplex
NADH anv. sig av enz. NADH-dehydrogenas (komplex I).
FADH anv. sig av enz. Succinatdehydrogenas (komplex II) - Fig 8.4.
§ Elektronerna transporteras till cytokrom C mha komplex III.
§ Elektroner transporteras därefter till syre mha enz. Cytokromoxidas (komplex IV).
o Under dessa steg förlorar elektronerna sin energi.
o Protoner pumpas även från matrix till intermembranområdet.
§ à Bildas pH-gradient över innermembranet
§ à Bildas en potentialskillnad över innermembranet.
Insidan neg.ladd. Utsidan pos.ladd.
§ Ovanstående gör att protoner strömmar tbx över innermembranet.
§ à Energi fås genom ATP-syntetas.
Energin i protongradienten används för att tillverka ATP
o ATP-syntetas består av en protonkanal (F0) och ett turbinliknande huvud (F1) - Fig 8.3.
o Fångar upp protoner à driver motorn à ATP-syntes katalyseras.
o Bildas max 3 ATP / NADH. 2 ATP / FADH2 (Kap 28).
Urkoppling ger värme istället för ATP
o Vissa hydrofoba svaga syror gör att ATP-syntetas bildar värme istället för ATP.
o Urkopplande protein 1-5 – UCP1-5 - Fig 8.6.
§ Protoner vandrar tillbaka över innermembranet utan att passera ATP-syntetas - Fig 8.5.
o Kan exploateras för att minska övervikt och typ 2-diabetes.
Reglering av elektrontransporten sker via ATP-produktionen
o Låg ATP-produktion à elektrontransport startar.
o Hög ATP-produktion à elektrontransport stannar.
Bakterier producerar ATP från olika ämnen
o En del bakterier utnyttjar glukos à ox. till CO2 & H2O mha andningskedjan i cellmembran.
o Anaeroba bakterier får energi från glykolysen.
§ ATP används då för att pumpa ut protoner & skapa en protonskillnad.
o Vissa bakterier utnyttjar kväve eller svavel som slutlig elektronacceptor i andningskedjan.
Mitokondrierna har eget DNA
o Mitokondrier repdroduceras oberoende av cellens olika delningsfaser.
o Har eget DNA som är cirkulärt.
o Ägget har miljontals mitokondrier. Spermien ett tiotal.
o Mitokondriellt DNA kodar för flera proteiner i cellandningskedjan:
§ NADH-dehydrogenas, cytokromoxidas (komplex IV).
§ Kodar även för tRNA, rRNA.
o De flesta mitokondriella proteiner tillverkas av cellens ribosomer.
§ Transporteras in mha speciella signalpeptider (Kap 15).
Mitokondriellt DNA överförs via modern
o Spermien lämnar sina mitokondrier utanför det befruktade ägget.
o Leder till att mitokondriellt DNA är oförändrat från generation till generation.
o Muterar oftare än kärnans DNA.
9. Lysosomer – 99-100
Cellens återvinningscentral. Bryter ned makromolekyler för återvinning.
o Åldrade molekyler eller organeller.
50-70% av cellens proteinnedbrytning sker i lysosomer.
Bryter ned makromolekyler mha hydrolaser (spjälkar protein, fett, kolhydrat).
o Dessa enzymer kallas ”sura hydrolaser” - verksamma vid pH 4-5.
o Sura miljön upprätthålls tack vare en protonpump - Fig 9.1.
Nedbrutna materialet sorteras & återanvänds av cellen.
Vissa ej nedbrytbara slaggprodukter ligger kvar, tex. pigment.
Material kommer till lysosomen via endocytos – Fig 9.2.
o Bildas en tidig endosom à smälter samman med en pre-lysosom innehållande lysosomala enz. à bildas endolysosom: sorterar komponenter - vissa ska till cellyta, andra vidare till lysosomen à degradering av icke önskade komponenter i den mogna lysosomen mha lysosomola enz.
Endocytos av LDL (low density lipoproteins) – Fig 9.2
o LDL innehåller kolesterol, som behövs för cellens uppbyggnad.
o LDL plockas upp av receptorer på cellytan.
o Separation av receptor och LDL-partikel sker efter fusion med en tidig endosom.
o Receptorn går tbx till plasmamembranet.
o Kvarvarande LDL-partikeln löses upp i sina beståndsdelar i lysosomen och bryts ner.
o Kolesterolet tas därefter tillvara i cellen.
Autofagi – cellens egna makromoleykeler tas upp i lysosomen.
o Material som ska degraderas omsluts av membran i cytoplasman à autofagi-vakuol à sammansmälter med endolysosomer eller pre-lysosomer.
o Små rester av matrl efter degradation à ansamlas i cytopl. som små vesikler (residualkroppar)
Fagocyter – specialiserade lysosomer för att avdöda bakterier & främmande mikrober.
o Tar upp stora partiklar (tex hela bakterier) genom endocytos. Kallas fagocytos.
o Innehåller speciella bakteriedödande proteiner i sina lysosomer.
Försämrad lysosomal nedbrytning och sjukdom
o Avsaknad av något lysosomalt enzym kan leda till att icke-degraderat material upplagras.
9. Proteasomer – 101
Cylinderliknande proteinkomplex i cytoplasman och i nukleoplasman.
o Liknas vid en köttkvarn.
o Proteiner som ska degraderas förs in i ena öppningen à kommer ut som peptider i andra.
Bryter ned gamla och defekta proteiner.
Reglerar även cykliner (cellcykelns reglering) och transkriptionsfaktorer (Kap. 20).
Ubikvitin – ett signalprotein som fäster till lysin i protein. Indikerar nedbrytning i proteasom.
10. Peroxisomer – 103-104
Organeller som innehåller oxidativa enzymer.
Finns huvudsakligen i lever och njure.
Sfäriska strukturer omgivna av enkelmembran.
Scavenger – tar hand om fria radikaler.
Enz. (typ II-oxidaser) använder syre för att bryta ner syrgasradikaler. Väteperoxid bildas – Fig 10.1.
Väteperoxiden oxideras vidare mha enz. Katalas.
o Reducerar väteperoxid till H2O mha små organiska mol. som etanol.
§ à Väteperoxid förstörs & syre bildas.
o Katalas har högst katalytisk aktivitet i hela kroppen (bad-ass enzym).
Energin frigörs som värme, inte ATP.
Får sina proteiner från cytoplasman mha signalpeptider.
Innehåller även systemet glyoxylatcykel – omvandlar fett till kolhydrat.
o Finns bara hos lägre organismen. Ej hos däggdjur.
Förlust av peroxisomfunktionen (tex att proteinerna inte hittar dit) kan leda till kliniska förändringar redan i embryonalutveckling à visar på vikten av att ha kvar peroxisomer.
11. Endoplasmatiska retiklet – 105-109
ER är en direkt fortsättning på det yttre kärnmembranet.
Membranomslutet labyrintliknande system.
Syntes av proteiner och lipider.
“Smooth” ER (SER)
o Saknar ribosomer.
o Syntes av fettsyror, fosfolipider och kolesterol.
o Membralipider bildas här. Utgångsmaterial är acyl-CoA och glycerolfosfat.
§ Sätts samman till fosfatidinsyra à hydrolyseras av fosfatas à diacylglycerolbildas à
à grupp som skiljer olika fosfolipider åt adderas.
o Alla dessa reaktioner sker på cytoplasmatiska sidan av ER.
o De bildade fosfolipiderna flyttas inte till motsatta sidan (flip-flop), ty det är energikrävande.
§ Transportproteiner (flippaser) förflyttar vissa fosfolipider till motsatta sidan.
§ Vissa fosfolipider stannar kvar på cytoplasmatiska sidan à asymmetrisk fördelning.
o Avgiftningsreaktioner - viktigt i leverceller.
§ Cytokrom P450 omvandlar fettlösliga substanser till vattenlösliga produkter i urinen.
o Glykogennedbrytning (Kap. 25) mha glukos-6-fosfatas.
o Bildar vesikler (blåsor) av membran vilka innehåller proteiner.
§ Dessa kan vandra till Golgi för vidare behandling av proteiner eller direkt till cellmembranet för utsöndring.
o Reservoar för Ca2+. Frisättning av Ca2+ från SER till cytoplasma vanligt svar på olika externa stimuli.
§ Kalciumjonen kan då förmedla signalen genom påverkan i cytoplasman.
§ Ca2+-ATPas pumpar därefter snabbt tillbaka kalciumjonerna in i SER.
§ I muskler startar kalciumjonerna muskelkontraktionen à mkt SER i muskelceller.
Brukar kallas sarkoplasmatiskt retikulum i muskler.
”Rough” ER (RER)
o Största delen av proteinsyntesen.
§ Proteiner som ska utsöndras från cellen, ingå i cellmemraner eller dirigeras till lysosomer.
o Ribosomer bundna till membransida som vetter mot cytoplasman.
§ Peptider förs in i membranet eller in i ER:s lumen.
§ Syntetiserar alla sekretoriska proteiner (exporteras från cellen).
Även transmembranösa priteiner i ER, Golgi och plasmamembran.
o Transportvesikler innehållande nysyntiserat protein, för vidare transport till Golgi, knoppas av.
o Proteiner som används i cytoplasma eller i kärnan bildas av fria ribosomer i cytopl. (ej i RER).
o Importen till ER sker cotranslationellt – proteiner som syntiseras penetrerar ER-membranet under pågående syntisering!
§ ER-signalpeptid på proteinet avgör om det ska importeras eller ej - Fig 11.2.
§ Signal recognition particle (SRP) binder till signalpeptiden àmedierar bindning till SRP-receptor på ER-membran à hela ribosom (som synt. proteinet) binder till ER-membran.
§ Vid SRP-receptor finns en ER-por där signalpeptid och protein förs in i ER-lumen.
§ Signalpeptidas på ER-por klyver bort signalpeptid från proteinet.
oProteiner glykosyleras i RER
§ Transmembranösa och sekretoriska prot. glykosyleras som posttranslationell processning. Två sorter:
N-länkad: oligosackarider sätts på aminogruppen på asparagin.
O-länkad: oligosackarider sätts på OH-grupper på serin,treonin.
oChaperoner hindrar felveckning
§ Ser till så att nybildade proteiner får rätt konformation (tertiärstruktur).
§ Ex. calnexin på ER-membran. Binder till oligosackarider på prot.
§ Rätt veckat à glukos klyvs av från oligosackarid. à chaperon släpper iväg proteinet.
§ Fel veckat à ny glukosmolekyl sätts på oligosackariden à processen går om.
§ Kan behövas många ”varv” för att proteinet ska bli rätt veckat.
oVid stress (höjd temp.) ökar felveckning
§ Cellen ökar produktion av chaperoner.
§ Heat-shock proteins (chaperoner).
§ Teori om att stora steg i evol. ägde rum pga stressfenomen à chaperoner hann ej med à gav nya proteinstrukturer och funktioner.
oER-proteiner hämtas tillbaka från Golgi
§ Vissa proteiner ska stanna i ER à försedda med speciell återvinningssignal (KDEL).
§ KDEL binder till transmembranös KDEL-recept i Golgi à transp. Tillb. Prot. Till ER (Kap. 15).
12. Golgiapparaten – 109-113
Membraninneslutna kaviteter, centralt i cytoplasman. Pressade mot varandra.
Har en polaritet - Fig 12.1.
o Mot ER – cis-del. Liknar membraner i ER.
o Mot cytoplasman – trans-del. Liknar plasmamembranet med ökad mängd kolesterol & kolhydrater
Fortsättning av sorteringen för icke-cytoplasmatiska proteiner.
o Proteinerna kmr in från ER à in i cis-delen à lämnar trans-del à slussas vidare till lysosom, vesiklar för exocytos, plasmamembran eller ut ur cellen.
o Sker mha en signalsekvens (”adresslapp”).
Syntes av glykolipider och sphingomylin.
Sker även en posttranslationell modifiering (trimning) av kolhydratstruktur på proteiner.
o Fortsätter från adderingen i ER. Ersätter monosackarider (glukos, mannos) med andra.
o Graden trimning beror på hur lättillgänglig oligosackariden är.
§ Enz. Endoglykosidas kan användas för att bestämma storleken på proteinets kolhydratdel.
Fosforylering – fosfatjoner adderas.
Glykosylering av ett protein
o Kolh. adderas i aktiverad form (UDP- & CMP-kolh) mha transferaser på lumensida av Golgi-Fig 12.2
o Efter sortering av proteinerna via sekretoriska vesiklar, hamnar kolhydratdelarna på utsidan av plasmamebranet à Asymmetrisk uppbyggnad à Agerar igenkänningsmolekyler (yttre markörmolekyler) för cellen
Varför sker det en glykosylering av proteiner?
o Teorier om betydelsen av glykosylering:
§ Glykosylering ökar proteinets löslighet.
Betydelse för sekretoriska prot. som ska transp. vidare i tex blod och pankreassaft.
§ Proteinets förflyttning i cellen ökar.
§ Proteiner blir moståndskraftiga mot enzymatisk nedbrytning.
Viktigt för glykoproteiner som sitter i plasmamembranet på cellens utsida.
Proteolytisk processning sker i Golgiapparaten
o Hormoner och neuropeptider tillverkas som inaktiva proteiner.
§ Sker en begränsad proteolys à då blir de aktiva.
o Enz. som utför processningen är membranbundna & specifika för olika as.
oPreproprotein – ursprunglig prot där prepeptid är en signalpeptid som tillåter prot att tas up av ER.
o Bildade proproteinet proc. vidare i Golgi så det får rätt struktur innan det lagras i sekretor vesikler.
Tarmcell har en uppsättnining keratinfilament. Hudcell en annan osv.
§Vimentinfilament – bindväv. Fyller ut.
§Neurofilament – nervceller. Styrning av processer.
§Kärnlaminin – finns i kärnan.
§Desmin – lägger sig runt muskelfibrer. Muskelceller.
o Proteinet plektin förstärker intermed.filamentens uppbyggnad & sammanhållning.
14. Cell-celladhesion – 119-121
Adhesionsproteiner (junctions) håller ihop epitelial vävnad.
o Epitelial vävnad = vävnad som bildar ett skikt mot en yta. Består mest av celler, lite ECM.
Tre typer av junctions:
oTight junctions – bildar en barriär.
§ Hindrar att små molekyler ”läcker in” mellan cellerna.
§ Finns i tarmen. Hindrar bakterier från osmält föda att komma in i blodcirkulationen.
§ Utgörs av proteinr (tex aktinfilament) och glykoproteinr belägna apikalt i cellen - Fig 14.1a
§ Bildar ett nätverk runt cellen, som fortsätter i nästa - Fig 14.1b.
Antal proteiner i nätverket bestämmer tätheten hos barriären.
§ Behöver ATP för att upprätthålla sin struktur.
Vid fasta luckras junctions upp à ökat läckage från tarmen in i blodbanan.
§ Separerar apikala proteiner från basolaterale proteiner hos epitelcellen.
Cellen behåller på så sätt sin polaritet.
oAdherens junctions – kopplar ihop intilliggande celler med ”bryggor”
§ Behövs i vävnader som är utsatta för yttre påfrestningar i form av sträckning & tänjning.
Finns i huden och tarmen.
§ Klarar dessa påfrestningar pga att de är förankrade i cellens cytoskelett - Fig 14.2.
§ Desmosomer – håller samman intilliggande celler. Tryckknapp.
Belt-desmosomer: zonula adherens. Nedanför tight junctions. Bildar kontinuerligt bälte, som kan kontraheras, runt cellen.
Spot-desmosomer: macula adherens. Binder samman 2 celler på vissa ställen.
§ Hemidesmosomer – förankrar cellen i ECM. Halv tryckknapp.
§ Består av transmembranära glykoproteiner.
Fästa i förankringsproteiner
Förankringsproteinerna är i sin tur fästa med intermed.filamenten i cytoskelettet.
oGap junctions – bildar öppna kanaler mellan celler
§ Molekyler, näringsämnen eller kemiska signaler kan överföras mellan cellerna.
§ Kanalbildande proteiner kallas connexiner - Fig 14.3.
§ Kanalerna består av sex connexiner – bildar en ring, en sk connexon.
§ Öppningen regleras genom koncentration av Ca-joner, pH, samt hormoner.
§ I levern öppnas kanaler i närvaro av cAMP.
Sker då levercellen stimuleras av glukagon för att bryta ned glykogen.
§ Öppen kanal leder till att intracellulära signaler sprids snabbare.
§ Vid apoptos stängs kanalen genom inflöde av Ca-joner.
§ Defekt gap junction-funktion i hjärtat kan leda till hjärtarytmier.
Inom nervsystemet finns särskilda adhesionsmolekyler
o Flera olika NCAM – neuralcell adhesion molecules.
§ Sätts samman genom alternativ splitsning.
o Immunoglobulinliknande domäner - ger proteinet stabilitet och resistens mot proteolys.
o Sammanhållna av svavelbryggor och fibronektinliknande domäner
§ Möjliggör interaktion med ECM - Fig 14.4.
o Kan förankras:
§ På cellmembranet.
§ Genom cellmembranet.
§ Genom cellmembranet och fortsätta in i cytoskelettet.
14. ECM – 121-124
Fyller ut utrymmet mellan cellerna.
ECM består av ett nätverk av proteiner och polysackarider.
I epitelialvävnad är främst uppgiften att förankra epitelceller till underliggande vävnad.
o Sker genom basalmembranet - Fig 14.2.
I cellfattig vävnad rik på ECM (brosk, ben) är främsta uppgiften att ge form och struktur.
Fibrer i ECM:
o Kollagena – dragtåliga (senor), handflata.
o Elastiska
o Retikulära – stödjetrådar (bildas av fibroblaster).
Innehåller tre olika komponenter:
oProteoglykaner – grundsubstans i ECM. Ger en gelliknande konsistens.
§ Består av heteropolysackarider länkade till en proteinkedja - Fig 14.5.
§ Negativt laddade à osmotiskt aktiva à kan dra till sig H2O och bilda en gel.
§ Gör att tex brosk kan motstå påfrestningar i form av tryck.
§ Kan binda tillväxtfaktorer à anrikar dessa i vissa områden à påverkar cellen.
oKollagen – ger stadga i ECM. Ger stadga åt vävnad. Fiberliknande proteiner (Kap. 4).
§ Tjugotal olika. Vissa bildar fibrillstrukturer, andra nätverk, tredje transmembrn. strukturer.
§ Kollagen I finns i kroppens stödjevävnad (ben). Mutationer kan ge skört skelett.
§ Kollagen II finns i brosk. Mutation kan ge hyperböjliga leder.
§ Kolagen XVII (17) finns i basalmembran.
oAdhesiva proteiner – håller samman cellen och förankrar till ECM
§ Fibronektin (Kap. 4). Binder till transmembranär receptor, integrin.
Integrinet binder till aktin à förankring mellan cellen och ECM.
Binder även till kollagen à förstärker förankring mellan cell och ECM.
§ Laminin. Återfinns i basalmembranet.
§ Basalmembranet:
Förankrar epitel- och endotelceller i underliggande vävnad
Fysisk barriär och filter mellan två strukturer.
Finns runt muskel-, fett och nervceller för att hålla samman vävnaden.
Cellyteproteoglykaner – förstärker förankringen av cellen i ECM
o Genom en bindning till cytoskelettet och ECM-komponenter.
o Förankringsplats för olika hormoner (tillväxtfaktorer, cytokiner).
o Medverkar vid receptormedierad endocytos.
15. Intracellulär sortering – 127-135
Proteiner skickas till den plats i cellen där de ska verka.
Två huvudvägar - Fig 15.1.
Secretory pathway.
o Proteiner förs över till ER (Kap. 11).
o Transporten in bestäms av signalpeptidiproteinet.
o Proteinerna går vidare till Golgi (secretory pathway) där sortering sker till:
§ Sekretoriska granula
§ Plasmamembran
§ Lysosomer
oTransportvesikler sköter transporten mellan organeller längs den sekretoriska vägen
§ Vesikulär transport: sker via transportvesikler som knoppas av ett membransystem.
I lumen på transportvesiklerna lastas lösliga proteiner.
Transmembranösa proteiner i vesiklernas membran.
§ Avknoppningen drivs av att speciellt protein.
Polymeriserar på cytopl.sidanav membranet.
Utgör en kappa – kallas coatproteiner - Fig 15.3.
Coatproteiner binder till:
o Olika protein som avgör vart transportvesikeln ska gå (Rab-proteiner).
o Speciella transmembranösa proteiner i vesikelns membran.
§ Dessa transmembr.prot. binder i sin tur till vesikelns innehåll
§ Fungerar ofta som sorteringsreceptorer: binder till spec. protein på vesikelns inneh. à kan bestämma vilket inneh. vesikeln ska få
§ Vesiklerna kallas således för coated vesicles: COPI, COPII, klatrinvesikler.
COPI: transporterar proteiner från Golgi tillbaka till ER.
COPII: mellan ER och cis-Golgi.
Klatrinvesikler: från plasmamembran till sena endosomer & trans-Golgi - Fig 15.2.
oProtein bildas fritt i cytoplasmaàdirigeras till kärna, mitokndrie, peroxisom lr stannar i cytopl.
§ Transporteras som fria molekyler. Krävs ofta transp.prot. för att passera övermembran
Sorteringen sker mha sorteringssignaler
o Sortering av proteiner sker mha särskild sekvenser eller modifieringar av proteiner.
o Sorteringssignalerna kan sitta i ena änden av eller på olika delar av proteinet.
o Fig 15.4.
Signaler för ER
o Som nämnts sorteras intialt alla prot. som ska gå längs sekretoriska väg till ER mha en signalpeptid.
o Inne i ER:s membran flyter prot. längs den sekretoriska vägen och når cis-Golgi via vesikulär transp.
o I cis-Golgi finns KDEL-receptorn à binder till sorteringssignalen KDEL (as) på lösliga proteinet som ska stanna kvar i ER à KDEL-receptor tsm. med ER-prot byggs in i vesikel och transporteras tbx till ER.
o För att transportera tbx vesikeln till ER har KDEL-receptor en sorteringssignal på den cytopl. sidan.
§ Signalen interagerar med coatproteiner så vesikeln dirigeras tbx till ER.
Sortering till lysosomen sker mha manno-6-fosfat (M6P)
o Sker en glykosylering av vissa proteiner i ER (Kap. 11). Fig 15.5.
§ Oligosackarider genomgår modifieringar i Golgi.
§ Cis-Golgi gör om dem till lösliga proteiner som skall sorteras till lysosomer.
§ Förses med M6P.
§ Transmembran.prot. i trans-Golgi binder specifikt till just M6P à kallas M6P-receptorer.
§ M6P och M6P-receptorer samlas sedan i särskilda vesikler klädda med klatrinmolekyler som stabiliserar vesikeln.
§ Vesikeln fylls och avsnörpas à styrs mot lysosomen via ett speciellt docking-protein.
§ Lysosomala proteiner dissocieras från M6P i lysosomen pga lågt pH.
§ M6P-receptorerna färdas tillbaka till trans-Golgi i tomma vesikler.
Sortering till reglerad sekretion kan ske genom aggregation i trans-Golgi– Fig 15.6
oKonstitutiv sekretion
§ Om proteiner inte sorteras i trans-Golgi till endosom-lysosomal upplagring fortsätter de längs den sekretoriska vägen och når plasmamebran via vesikulär transport.
§ Då blir transmembranösa proteiner inkorporerade i plasmamembranet medan lösliga proteiner kan frisättas från cellen genom sekretion. Exocytos.
§ ”Konstant exocytos”.
oReglerad sekretion
§ När celler behöver lagra proteiner för frisättning senare.
§ Proteinerna lagras i sekretoriska granula – stora membranvesikler i cytoplasman.
§ Vid signal (hormon, nervsignal) återupptar dessa granula sin väg mot plasmamembranet och frisätter innehållet via exocytos.
§ Sker ofta i exokrina och endokrina körtlar. Tex. i bukspottskörteln.
§ Fagocyter – här riktas reglerad sekretion in mot fagosomen som tagit upp bakterien.
§ Proteiner aggregerar lätt till stora prot.aggregat i förhållandena som råder i trans-Golgi.
Aggregationen i trans-Golgi underlättar för prot. att packas i vesikler för transport till sekretoriska granula.
§ Efter tömning av sekretorisk granula går ett antal tomma vesikler tbx till trans-Golgi. På så sätt behåller plasmamembranet sin storlek.
Membranfusion under transport och sekretion
o Intracellulär sortering bygger på att vesikler smälter samman genom membranfusion.
o Får ej läcka ut eller störa vesikelmembranets asymmetri.
§ Finns ett system i eukaryota celler för att uppfylla dessa krav.
o Fosfolipidmembraner fuserar mha speciella proteiner som överför membranerna i ett instabilt transitionstillstånd à sänker aktiveringsenergin för en fusion.
§ Bildas timglasliknande intermediärer.
o Membranfusion hos eukaryota celler sker bla mha:
§ SNAp Receptors (SNAREs) - membranbundna proteiner i helixliknande komplex.
§ Rab-proteiner – GTPaser. Aktiva i initiala membrankontakten mellan 2 fosfolipidmembran.
Kärnlokaliseringssignal ger sortering till kärnan
o Kärnmembran är ett yttre (likt det i ER) och inre membran (Kap. 9). Försett med kärnporer.
o Endast molekyler med en särskild kärnlokaliseringssignal , NLS, transporteras in i kärnan.
o NLS binder till importiner, som ju medverkar i transport in genom kärnporen (Kap.7).
o NLS stannar kvar efter import.
§ Efter celldelning löses kärnans membran upp à kärnans proteiner sprids i cytoplasman.
o Då kromosomer fördubblats och kärnmembranet återbildats måste prot. hitta tbx.
o Då kmr NLS till nytta.
o Kärnexportsignal, NES, transporterar proteiner ut ur kärnan.
Upptag av mitokondriens proteiner
o Mitkondrien har också dubbelmembran (Kap.8).
o De flesta av mitokondriens proteiner kodas av fria ribosomer i cytopl.
§ Dessa måste passera mitokondriens membran & transp. in i mitokondrien från cytopl.
o Signalmolekylen för transp. in imitokondrien är belägen i N-term delen av proteinet.
o Igenkänning av prot. sker mha importreceptorer på utsidan av yttermembranet - Fig 15.7.
o Likheter i processen där protein tas in i ER i samband med translation (Kap. 11).
o Signalpeptid bildar en amfifil struktur à styr proteinet genom mitokondr.memb. via speciella importporer - Fig 15.7.
§ Krävs även transp.prot – translokaser.
§ Chaperoner i matrix (bla Hsp) fullbordar translokation mha ATP.
§ Påbörjas en veckning av proteinet.
§ Ett processningsproteas avlägsnar signalpeptiden inne i matrix.
§ Proteinet antar sin slutliga (aktiva) konformation mha chaperoner.
o Prot. Som ska befinna sig i intermembralumen (mellan ytter- o innermemb) kan ha signaleptid som gör att det bara passerar det yttre membranet.
§ Kan även ha 2 signalpeptider. Första gör att det fastnar som transmemb.prot. i innermembran. Andra klyver prot. i intermembranlumen och gör det fritt.
Upptag av proteiner i peroxisomen
o Signalpeptid för peroxisomala prot. finns i C-term delen av prot.
§ Kallas peroxisomal-targeting sequense – PTS.
Vecka 6 - 16. Cellsignalering – 135-147
Celler kommunicerar med signaler.
o Kemiskt: Peptider, modifierade as, fettsyraderivat, steroidderivat.
o Strukturellt: hormoner, tillväxtfaktorer, neurotransmittorer.
Signalöverföring från omgivning till cell.
Styr fosterutveckling, metabolism, sårläkning, tumörbildning. Även läkemedelseffekter.
Verkar via bindning till speciella receptorer i målcellen à intracellulära signalkedjor aktiveras à påverkar olika nyckelenzymer i cellen eller genreglerande proteinet i kärnan.
Signaltransduktion – mekanismen för att överföra extracell. sign. till intracell. signalkedjor.
o Sker på olika sätt:
o Reversibel fosforylering – kinaser aktiveras genom fosforylering / defosforylering
o Proteolytisk klyvnng – aktiva molekyler klyvs från inaktiva prekursormolekyler
o 2nd messengers bildas. Fosfolipider, Ca-joner, cykliska nukleotider.
o Transkriptionsfaktorer aktiveras.
Skiljer på endokrina, parakrina och autokrina signaler – Fig 16.1.
o Endokrina – signaler/hormoner produceras i en cell och transp. via blodbanan till annan målcell.
§ Insulin som produceras i pankreas. Målcell: fett- , lever- och muskelceller.
o Parakrina – verkar på intilliggande celler. Ofta neurotransmittorer.
§ Acetylkolin som frisätts i nervcell och har effekt i intilliggande nervcell.
o Autokrina – påverkar samma cell som signalen produceras i. Självstimulering.
Receptorer i plasmamembranet eller intracellulärt
o Alla hormoner har målceller med receptorer som interagerar med hormonet.
§ Receptor kan vara belägen i:
§ Plasmamembran – vattenlösliga eller hydrofila signaler.
Peptidhormon och neurotransmittorer.
§ Plasmamembranet / Kärnan – steroidhormoner.
”Resistens” fås på receptor och postreceptornivå
o Målcell kan reglera svar genom att antalet receptorer på dess yta regleras.
§ Ex man blir van vid lukten i en ladugård efter ett tag.
o Minska svaret genom:
§ Internalisera receptorerna och bryta ner i lysosom – sker vid långvarig exponering
§ Receptorn ändrar utseende – via fosforylering (fosfataser).
§ Protein binder & stör receptorns funktion.
o Kan även fås på postreceptornivå (intracellulära signalkedjan).
§ Kallas resistens. Ligger bakom tex typ 2-diabetes och fetma.
Svar via membranreceptorer
o Receptor i plasmamembran går ofta genom membranet och når insidan av cellen.
§ Kan på så sätt påverka en intracellulär signalkedja.
Finns tre grupper av receptorer för hormoner:
oG-proteinkopplade receptorer
§ Namnet pga de kan binda GTP - Fig 16.2.
§ Som en länk mellan receptor & intracellulär signalkedja.
§ 7 α-helix genom membran med loopar.
§ G-proteiner består av 3 subenheter – α, β & y.
α -subenhet den reglerande. Kan göra GTP à GDP.
§ GDP bundet till G-proteinà inaktivt.
§ GTP bundet till G-protein à aktivt. Sker när hormom binder tillreceptorn.
α -subenhet gör sig fri och diffunderar till ett effektorenzym.
Då processen är färdig binder GDP till G-proteinet och α -subenhet återvänder.
§ Gemensam struktur:
Extracellulär domän som binder till hormonet. Här sitter specifiteten.
Transmembranär domän uppbyggd av helixstrukturer.
Region som interagerar med G-proteinet på cytopl.sidan.
oKanalkopplande proteiner
§ Kanalproteiner för joner.
§ Ligand binder tillreceptor à jonkanalen öppnas à inflöde av joner.
§ Jonkanal kan även aktiveras indirekt via fosforyleringar och 2nd messengers.
§ Olika kanaler för olika joner. Detta mha as-sekvenser.
oEnzymaktiva (Katalytiska) receptorer
§ Dessa receptorer har själv en katalytisk aktivitet, ofta tyrosinkinasaktivitet.
§ Största receptorfamiljen.
§ Komplexa, multimera proteiner.
§ Fig 16.3a. Består av:
Stor extracellulär domän till vilket hormonet binder.
Kort transmembranär region.
Intracellulär domän – den katalytiskt aktiva.
§ Insulin är en ligand. Har två effekter:
Metabol effekt - Fig 16.3b.
o Aktiverar enz à fosforylerar ett fosfat à proteinkinas B aktiveras à stimulering av glukosupptag och glykogen- o fettsyresyntes.
Tillväxtreglerande effekt - Fig 16.3c.
o Enzymet Ras aktiveras à aktiverar ett kinas som vandrar in i kärna och påverkar transkription av olika gener.
De intracellulära signalsystemen
o Efter bindning av hormon (1st messenger) aktiveras olika intracellulära signalsystem.
Intracellulära signalmolekyler - 2nd messengers. Bildas som svar på receptoraktivering.
§ Utgörs av:
cAMP, cGMP
Ca-joner
Adenylatcyklas (AMPàcAMP)
Fosfodiesteras (bryter ner cykliska strukturer)
DAG & IP3 (nedbrytning av fettrester)
§ Fig 16.4a. Aktiverar proteinkinaser (A & C) à målproteiner fosforyleras.
§ Signalen stoppas av fosfataser.
Hormonsvar via cAMP
o Hormoner som reglerar metabolism kan verka via bildning av cAMP - Fig 16.4a.
§ Glukagon och adrenalin.
o Via G-proteiner aktiveras enz. Adenylatcyklas
§ Omvandlar ATP till cAMP
o cAMP aktiverar Proteinkinas A.
o Olika målproteiner aktiveras (fosforylering) och aktiverar i sin tur transkriptionsfaktorer .
o Leder bla till tillväxt, proteinsyntes, glykogennedbrytning, lipolys och glukoneogenes.
o De tillväxtfaktorer som är beroende av cAMP kallas CREB.
o Dämpning av cAMP:
§ Nedbrytning av cAMP mha fosfodiesteras.
§ Hämma fosfodiesteras (koffein) à förstärker andel cAMP à piggare, mobilisera socker.
§ Proteinkinas A fosforylerar membrareceptorer så cAMP inte ger lika stort stimuli på celler.
Hormonsvar via IP3 (inositoltrifosfat) och Ca2+
o G-protein aktiverar fosfolipas C - Fig 16.4a.
o Fosfolipas C klyver fosfolipider i cellmembranet till DAG och IP3.
o IP3 aktiverar Ca-kanaler och DAG aktiverar proteinkinas C.
o Proteinkinas C fosforylerar proteiner och aktiverar transkriptionsfaktorer.
o Genom inströmning av Ca-joner kan man få konformationsändringar i samband med att det binder till proteiner.
Intracellulära receptorer
o Steroid- (testosteron) , thyroideahormoner och vitamin D är små hydrofoba molekyler som lätt kan penetrera cellmembranet.
§ Binder till receptorer i cellkärnan och bildar transkriptionsfaktorer.
o Ger primära och sekundära svar.
§ Genreglerande proteiner (primära) som påverkar andra gener och ger sekundära svar.
Kväveoxid (NO) och cAMP
o Extracellulära signaler kan verka på 3 sätt:
§ Receptorer på utsidan av cell som förmedlar intracellulär signalering.
§ Passera cellmembran och aktivera intracellulära enzymer.
§ Passera både cellmembran och kärnmembran och nå genomet.
Binder till transkriptionsfaktorer och påverkar genaktivering.
o NO & CO passerar cellmembran.
o NO aktiverar enz. NO-syntas à mer NO frisätts.
o Aktiverar guanylcyklas.
o Leder till kärlvidging. Viagra.
Cross-talk mellan cellens signalvägar
o Många celler har ytreceptorer som aktiverar Adenylatcyklas och fosfolipas C samtidigt.
§ Kan ske interaktion mellan systemen – cross-talk. Se även under ”Metabolism”.
Onkogener
o Styr celldelning.
o Ras, Raf, Map, MEK.
o Ras: GTP-bindande protein.
§ Aktiv vid GTP, inaktiv vid GDP.
§ Mutationer kan leda till att Ras alltid är aktivt (bundet till GTP) à cancer.
Kolesterolberoende signalering
o Lipider, som kolesterol, ansamlas i sk lipid rafts (fettflottar) i membraner.
o Kolesterol viktigt i nervceller.
o Kolesterol utgör en nödvändig kofaktor för en receptors infästning i membranet.
o Kolesterol utgör även en nödvändig kofaktor för enzymer i den initiala signaleringen.
Vecka 4 – DNA, RNA och proteinsyntes – Kap 17-20 17. DNA-replikation – 147-161
Sekvens av as i protein bestäms av info i gener i kärnans DNA - Fig 17.1.
Proteinsyntes startar med bildning av en kopia av genens DNA – mRNA.
o Transporteras ut i cytoplasman & översätts till protein mha tRNA-molekyl.
Replikation (duplicering)– syntes av DNA.
Transkription (avläsning)– syntes av mRNA med DNA som mall.
Translation - syntes av protein efter instruktion från mRNA.
DNA bär den genetiska informationen
o Trådliknande makromolekyl som består av deoxyribonukleotider - Fig 17.3.
o Dessa består i sin tur av:
§ En bas.
§ Ett socker.
§ En fosfatgrupp.
DNA består av 2 komplementära nukleotidkedjor tvinnade runt varandra i en högervridande dubbelhelix.
Fyra huvudsakliga nukleotider (deoxyribos, fosfatgrupp och en purin- eller pyrimidinbas):
o Purinbaser: adenin (A) och guanin (G).
o Pyrimidinbaser: tymin (T) och cytosin (C).
Deoxyribos och fosfatgrupp länkad genom en 3’-5’-fosfodiesterbindning - Fig 17.3.
Baserna är flata och hydrofoba molekyler à staplar sig över varandra i rätvinkel mot helixmol. riktning.
A-T & C-G basparas. Detta pga att plats sparas.
De 2 kedjorna är antiparallella. Ena 5’-3’ riktning. Andra 3’-5’ riktning.
Glykosidbindningarna ligger inte exakt mittemot varandra à kedjorna snurrar sig asymmetriskt kring sin axel à bildas 2 klyftor: ”major groove” och ”minor groove”.
Vid denaturering av DNA separeras de 2 kedjorna från varandra
o Dubbelsträngade DNA-molekylen värms à H-bindning bryts à kedjorna separerar.
§ Kallas för DNA-denaturering.
o GC-par hålls ihop av 3 H-bindningar. AT-par hålls ihop av 2 H-bindningar.
§ GC-par behöver högre temp. jmf. med AT-par.
o Denaturering är reversibel à kyl en lösning av denaturerat DNA à DNA:t återbildas.
§ Renaturering.
DNA-molekyler är mycket långa men bildar kompakta struktuer
o Hos människor: 1 meter, 3*10^9 baspar.
o DNA-genom är uppdelat på 23 kromosomer.
§ Fria ändar på kromosom kallas telomer.
DNA-molekylen packas med proteiner
o DNA-mol förekommer med speciella DNA-bindande proteiner - Fig 17.7.
o Aggregerar till sfäriska partiklar kring vilka DNA-kedjan lindar sig.
o Liknar pärlor – kallas nukleosom - Fig 17.8.
o Fem olika typer av histoner:
§ H1 - håller ihop nukleosomstrukturen. Störst av alla.
§
”core histones”
H2A – bildar nukleosomen.
§ H2B
§ H3
§ H4
o Två molekyler av varje ”core histone” bildar tsm. en histonoktamer.
§ Bildar en central proteinkärna, DNA-mol virad 2 varv - Fig 17.8.
o Linker-DNA: sammanlänkande delen av DNA. Vid apoptos klyvs DNA mellan nukleosomer.
H1 hjälper till att packa samman nukleosomer
o I nästa steg packas nukleosomerna av H1 till en tjock tråd – nukleosomfiber.
o Mindre H1 i DNA:s aktiva gener.
o Dekondensering av DNA sker mha en signal utifrån som påverkar H1:s interaktion.
§ DNA:t luckras upp.
Behövs för att en gen ska kunna avläsas och uttryckas.
§ Viktig mekanism för detta är att acetylera histonproteiner. Kap. 20.
Mitotiska kromosomen bildar slutliga packningsformen av DNA
o Fortsatt veckning av DNA sker mha icke-histon proteiner.
o Flesta kromosomer kan endast särskiljas under mitos.
o Vid kondensering sker fosforylering av H1 - viktig för sammanpackning.
Kromosom strax före mitos består av 2 systerkromatider som hålls samman vid centromeren.
o Dessa är inaktiva – kan ej transkriberas till RNA, ty RNA-polymeras kan inte nå fram till DNA.
Graden av packning är kopplad till genernas aktivitet
o Kromosomregioner med inaktiva gener är mkt tätt sammanpackade – heterokromatin.
o Kromosomregioner med aktiva gener är mkt löst sammanpackade – eukromatin.
§ Detta pga att RNA-pol ska kunna utföra transkription (avläsning) - Fig 17.10.
Majoriteten av DNA utgörs inte av proteinkodande gener
o Antalet gener hos msk. ca 25 K.
o Hos eukaryota organismer är merparten av DNA inte gener.
o Hos prokrayota organismer är merparten av DNA = gener.
Replikation av DNA
o Första som sker är en separation av DNA mha enz. Helikas.
§ Gör DNA-baser tillgängliga genom att kedjorna snurrar motsols - Fig 17.12.
Bryter vätebindningarna mellan basparen.
§ Skapas spänningar i helixstrukturen.
Enz. Topoisomeras minskar denna.
o Replikation sker på ”origin of replications” (ORI).
§ Finns flera på en kromosom à DNA-replikation startar på flera ställen.
o Replikation sker åt bägge håll & skapar öppna ändar. Replikationsgaffel - Fig 17.14.
Replikation utförs av DNA-polymeraser
o Själva bildningen av DNA utförs av DNA-polymeraser (främst DNA-pol. 3).
o Replikation sker i 5’-3’ riktning - Fig 17.14.
§ Detta pga att DNA-strängar ju är antiparallella. Ena i 5’-3’, andra i 3’-5’.
o Leading strand – replikation kan ske kontinuerligt. 5’-3’.
o Lagging strand – syntetiseras i Okazakifragment. 3’-5’.
§ Gapen mellan fragmenten fylls igen av DNA-ligas.
o Vissa DNA-pol. har även exonukleasaktivitet – eliminerar felaktiga nukleotider.
§ Görs mha ”proof-reading”.
Kontrollerar föregående par innan nästa syntetiseras.
DNA-pol kan då ej fortsätta pga bred helixstruktur vid felparning.
Ger DNA-replikation en hög grad av precision - Fig 17.15.
Helikaser och topoisomeraser hjälper till att vindla upp DNA-dubbelhelixmolekylen
o Helikaser använder energi från hydrolys av ATP till att förflytta sig på DNA-mol. & vindla upp den.
o Topoisomeraser (som tidigare nämnt) förhindrar spänning i DNA.
§ Detta genom att DNA:t hindras att trasslar in sig. Tänk sladd på föreläsningen.
DNA-syntesen kräver en primer
o Primer – några nukleotider med fri 3’-OH-grupp – kort bit RNA. Fig 17.17.
§ Syntetiseras mha enz. Primas som binder sig till DNA och synt. En kort komplementär sträcka RNA.
§ På så sätt kan DNA-replikation påbörjas.
§ Denna sträckan (primern) klyvs sedan bort mha DNA-pol.:s exonukleasaktivitet.
DNA-syntesen kan hämmas
o Etidiumbromid – kan lägga sig mellan baserna & hämma DNA-syntes.
§ Interkalering - DNA vindlas delvis upp. Fig 17.18.
o Nukleosidanalog – liknar en av nukleosider som används för DNA-syntes.
§ Fungerar inte normalt à DNA-syntes blockas.
Kromosomernas ändar består av telomerer
o Syntetiseras av telomeras - Fig 17.19.
§ Använder sig av reversibelt DNA-pol för att syntetisera DNA med RNA som förlaga.
§ Sker på identiskt sätt på alla kromosmer à alla kromosomändar är lika.
o De ändar som syntetiseras kallas telomerer - Fig 17.20.
§ Hos människan: TTAGG som repeteras flera gånger.
o Skyddar kromosomändarna mot nedbrytning av nukleaser.
§ Bildar en ögleliknande struktur mha proteiner & DNA.
o Förhindrar även cellen från att försöka reparera de annars tomma ändarna.
§ Cellen skulle då koppla olika kromosomer till varandra.
o Om telomeren ej byggs på (av telomeras) förkortas den vid varje celldelning.
§ Telomerasaktivitet är därför hög i stam- och könsceller. Låg i vuxna vävnader.
Hög i cancerceller à de kan utföra celldelning obegränsat antal ggr.
§ Flesta celler i kroppen genomgår därför begränsat antal celldelningar.
Senescens – då cellen känner igen att telomererna är för korta och blockerar celldelning.
Mutationer sker genom förändringar i bassekvensen
o Ofta är mutationsfrekvensen låg pga DNA-polymerasernas ”proof-reading”.
o Substitution – vanligast. Kan ske på 2 sätt:
§ Transition – purin/pyrimidin byts mot annan purin/pyrimidin.
§ Transversion - PURIN/pyrimidin byts mot PYRIMIDIN/purin.
o Deletion – baspar försvinner från DNA-sekvensen.
o Insertion – baspar adderas till DNA-sekvensen.
DNA repareras ständigt
o DNA skadas av joniserande strålning, UV-ljus samt muterande ämnen.
o Tymindimer från UV-ljus à blockerar helixbildning à bildas gap.
§ Kan repareras genom att enz. Endonukleas avlägsnar & fyller igen gapen mha DNA-pol & DNA-ligas. Fig 17.22.
Hur får man en förändring av arvsmassan?
o Förnyelse av arvsmassan krävs för evolution, reparation och reglering av genexpression för DNA.
o Förändring av arvsmassa fås genom:
§Rekombination – överkorsning!
Segment av DNA utbyts mellan 2 DNA-mol – Fig 17.23.
Sker under meiosen (Kap. 21).
Leder till nya kombinationer, dock ej förnyelse av själva genmaterialet.
§Transposition – förnyelse av genmaterialet. Rörliga DNA-sekvenser (transposon)
Kan hamna mitt i en annan gen à genen splittras & inaktiveras.
Kan även hamna intill aktiv promotor à genen stimuleras & uttrycks.
§Horisontell transmission – främmande DNA-mol tas upp i form av virus /plasmider.
Främmande DNA-mol fogas in i arvsmassan à nya egenskaper överförs.
Resistens mot antibiotika bland baketerier sprids på det här sättet.
18. RNA-transkription – 163-171
Transkription – mRNA bildas från genernas DNA.
Proteinsyntes sker mha RNA och olika enzymer.
o mRNA: avskrifter av generna och innehåller info för proteinsyntes.
o tRNA & rRNA redskap för proteinsyntesen.
RNA-polymeras syntetiserar mRNA efter instruktion av DNA-molekylen
o RNA byggs upp av samma baser som DNA. Tymin (T) ersätts dock av uracil (U) i RNA.
o Syntes av mRNA sker i tre steg:
§ Initiering
§ Elongering
§ Terminering
RNA-pol. binder till DNA-kedjan på ett särskilt ställe – promotorregionen (Kap. 20).
o Promotorregionen ligger upstream genen.
o Kan bestå av TATA-boxen. 30-40 baspar upp - Fig 18.2.
§ TATA-boxbindande protein binder in. Transkriptionsfaktor.
o Sekvenser som stimulerar RNA-pol att starta transkriptionen krävs.
o RNA-pol aktiveras genom att aktivatorer i enhancerregioner binds till det.
§ à Konformationsändring under inflytande av aktivatorer uppströms på 5’-sidan. Enhancerregioner. Fig 18.3 & 18.4.
§ à RNA-pol binds till promotorregion innehållande TATA-boxenà transkription startar.
o Gener som avläses ofta har många TATA-boxliknande sekvenser.
o RNA-pol glider nedström från promotorregionen, stannar vid initieringsstället (start site, +1).
RNA-polymeras vindlar upp DNA vid initiering
o 17 baspar vecklas ut för varje RNA-polymeras enz. som binder - Fig 18.5.
o Syntes av RNA-mol sker i 5’-3’ riktning - Fig 18.6.
o 3’-änden har en fri OH-grupp.
o 5’-änden försedd med en trifosfatgrupp.
o RNA-syntes sker dock utan primer (till skillnad från DNA-syntes).
I nästa fas sker elongering
o RNA-molekyl bildar en hybridhelix med DNA - Fig 18.6.
o Elongeringen sker i 5’à3’ riktning.
o RNA-pol. Har ingen proof reading – sker fler felsynteser.
I sista fasen sker terminering
o Markeras av specifika gensekvenser.
o En är GC-rik palindromstruktur. Fig 18.7.
Transkription hos eukaryota celler
o Sker av 3 RNA-pol (ej 1 som i prokaryota celler):
§ RNA-pol I – syntes av rRNA
§ RNA-pol II – syntes av mRNA
§ RNA-pol III – syntes av tRNA
Primärt transkript modifieras till moget mRNA
o Omedelbart efter att transkr. Börjat i euk. Celler startas en modifiering av det sk primära RNA-transkriptet.
o Bildas en cap-struktur på 5’-änden.
§ Betydelse för stabilitet mRNA-molekylen.
§ Förankrar även mRNA till ribosomen i cytoplasman bättre.
§ Viktig för transport ut ur kärnan.
o Polyadenylatkedja sätts på 3’-änden. Fig 18.8
§ AAUAAA-sekvens signalerar klyvning av nukleotidkedja mha ett specifikt endonukleas.
o Syntetiseras en poly-A-svans mha enz. Poly-A-polymeras.
§ Upprepande adeninbaser.
§ Betydelse för transport av mRNA ut ur kärna & stabilitet.
Eukaryota gener består av exoner och introner
o Hos bakterier är hela DNA-sekvenskodande för proteiner.
o Kodande avsnitt = exoner
o Icke-kodande avsnitt = introner
o Exoner & introner kopieras av RNA-polymeras och finns med i det primära transkriptet.
§ Intronerna avlägsnas sedan. Exonerna förs samman. Kallas splitsning.
o Introner bildar öglor och elimineras. Fig 18.10.
§ Introner börjar alltid med sekvensen GU och slutar med AG.
Sker klyvning vid dessa par.
Bildas en ögla.
o Spliceosomer – komplex av RNA och protein som medierar splitsning av primärt mRNA.
RNA kan vara katalytiskt
o Splitsningen kan utföras av RNA-molymeras. Självsplitsande.
§ RNA agerar som ett enzym = ribozym - Fig 18.11.
Alternativ splitsning
o Olika exoner kansammanföras och koda för olika produkter - Fig 18.13.
19. Proteintranslation - 173-181
Proteinsyntes.
Översättning av nukleinsyror till proteiner. Mer komplicerad än replikation och transkription.
Aminosyror måste först aktiveras
o För att as ska kunna bilda ett protein krävs tillförsel av energi i form av ATP. Fig 16.2.
§ Aktiverade as kallas aminoacyladenylat.
§ Aminoacylet flyttas sedan till en tRNA-molekyl à bildar aminoacyl-tRNA.
o Aminoacyl-tRNA-syntetas katalyserar överföringen av den aktiverade as till tRNA.
§ Hög specifitet à rätt as överförs till rätt tRNA-molekyl.
§ Har en ”proof-reading” motsvarande det som finns hos DNA-pol.
Kan avlägsna en felaktig as som bundit till den.
tRNA-molekylen har en bestämd struktur
o Klöverliknande basstruktur - Fig 19.4a.
o Består av flera olika armar.
§ Aminosyraarmen fäster till aminosyran.
Översättning från nukleinsyror till as – den genetiska koden
o 64 olika kombinationer. Flera as kodas av flera olika bastripletter.
o Startkod AUG – aminosyran metionin. Alla nysentetiserade protein startar med metionin.
o Koden är universell – undantaget mitokondriellt DNA.
o Degenererad kod – flera kodon för samma as.
§ Synonyma kodon har de 2 första baserna gemensamt. Den tredje skiljer emellan dem.
Syntesen av proteiner sker på ribosomer
o Prokaryota: bestårav 2 subenheter. Totalt 70s.
o Eukaryota: totalt 80s (40s+60s). Större än prokaryota.
o Flera ribosomer kan anv. samma mRNA-molekyl à uppradade efter varandra och bildar ett sk polysom à proteinsyntes går snabbare. Fig 19.7.
o Syntetiseras i 5’à3’.
Initiering av proteinsyntesen
o Den lilla och stora subenheten dissocierar - Fig 19.8.
o Lilla subenheten binder mha ett antal initieringsfaktorer (eIF) olika initiator-tRNA…
§ …formylmetionin-tRNA för prokaryota celler.
§ …metionin-tRNA för eukaryota celler.
o Motsvarande mRNA för det aktuella initiator-tRNA binds in till lilla subenheten.
o Stora subenheten associerar mha initieringsfaktorer och energi från GTP.
Bildar initieringskomplex – ribosomen med mRNA och initiator-tRNA.
eIF (initieringsfaktor) behövs alltså för:
o Dissociation och association av ribosomsubenheter.
o Aktivering av subenheter.
o Aktivering av mRNA
Under elongeringsfasen adderas aminosyror
o En aminoacyl-tRNA (tRNA-mol.) binder in sitt antikodon till en kompl. kodon på mRNA - Fig 19.9.
o A-site: aminosyra-site.
o P-site: peptid-site.
o (As 1 binds till P-site) à As 2 binds till A-site à as 1 flyttas från P-site till as 2 i A-siteà A-site innehåller as 1 + as 2 à tRNA på P-site elimineras à P-site är tom à peptiden translokeras till P-site & mRNA-kedjan förflyttas en bastripplett à a 3 kmr in på A-site.
o Processen loopas om.
I termination klyvs peptiden från P-site
o Stoppkoderna UAA, UGA eller UAG dyker upp i A-site à proteinsyntes avslutas.
o Särskilda proteiner känner igen stoppkoderna – kallas releasing factors.
§ Dessa katalyserar frigörandet av den växande polypeptidkedjan från tRNA:t i P-site.
o Polypeptidkedja, tRNA och mRNA lämnar ribosom à ribosomen dissocieras i sina subenheter.
Antibiotika inriktar sig ofta på att hämma proteinsyntes för prokaryota celler.
Skillnad mellan proteinsyntes i eukaryota och prokaryota celler
o Ribosomen i eukaryota är större – 80s vs 70s.
o Initieringssignalen i eukaryota är metionin. Formylmetionin i prokaryota.
o Fler initieringsfaktorer i eukaryota.
o Färre releasing factors hos den eukaryota.
20. Reglering av genexpression – 181-195
Förändrad genreglering är grunden för celldifferentiering.
Fig 20.1.
Olika sätt på vilket genreglering kan ske:
oTranskriptionell – viktigaste. I transkriptionen.
oPost-transkriptionell - mognad och splitsning av mRNA, kärnexport.
oTranslationell
oPost-translationell – aktivering av proteiner mha enzymer eller fosforylering (kap. 5)
Hos prokaryot cell saknas post-transkriptionell kontroll - ingen cellkärna att transportera ut mRNA från.
Gen uttrycks à kromatinstruktur dekondenseras à tillåter genreglerande proteiner att binda in.
Transkription av en gen styrs av dess promotor och enhancers
o Avgörande steget i transkriptionen är ju starten av själva processen. Fig 20.4.
Finns speciella regioner på promotorer som är betydelsefulla.
o Hos prokaryota ligger regioner 10 & 35 baspar upp från transkrip.start – kallas -10 & -35 element.
§ Hit binder RNA-pol. specifikt mha ett protein som kallas sigma-faktor.
o Fig 20.5. Hos prokaryota ligger regionerna:
§ TATA-boxen - 25-30 baspar upp från transkriptionsstart.
§ GC-boxar – 50 baspar.
§ CCAAT-boxen – 75 baspar.
§ Viktig funktion för att binda RNA-pol till promotorn.
§ Utgör den basala promotorn som är tillräcklig för att initiera transkription via RNA-pol II.
Behövs andra stimulerande element, enhancers, för att transkriptionen ska bli kraftfull. Ökar aktiviteten hos promotorregioner.
o Bindning av RNA-pol till promotor liksom dess aktivitet regleras alltså av ett antal andra proteiner som gemensamt kallas transkriptionsfaktorer.
§ Dessa binder antingen direkt till RNA-pol och/lr till vissa specifika promotorsekvenser lr promotorer, t.ex. TATA-boxen.
o Promotor- och enhancerregioner är cis-element – tillhör samma DNA-mol. som aktuella genen.
o Reglerande proteiner som binder till cis-element kallas trans-element.
§ Kan vara både stimulerande och hämmande för transkriptionen.
Prokaryota gener fungerar ofta tillsammans i operon
o Huvudsakliga genregleringen på prokaryoter sker transkriptionellt.
o Flera gener regleras ofta samtidigt på ett koordinerat vis.
§ Dessa grupp gener kallas för operon.
o Transkriptionen hos ett operon blockeras av repressorproteiner.
§ Kan således aktiveras vid avlägsnande av dessa repressorproteiner.
Laktos stimulerar sin egen användning
o Bakterier kan växa av glukos, glycerol eller laktos.
o Växer E. coli med laktos à finns mkt B-galaktosidas (enz. som bryter ner laktos till glukos).
o Växer E. coli med glukos eller glycerol à finner fåtal B-galaktosidas.
o B-galaktosidas produceras alltså dels i närvaro av laktos, dels i frånvaro av glukos.
Normalt förhindras B-galaktosidasproduktion genom en repressor
o Repressor sitter bundet till promotorregionen för B-galaktosidasgenen och hindrar RNA-pol från att avläsa genen. Fig 20.6.
§ Repressorn kallas lac-repressorn.
Allolaktos avlägsnar repressorn från genen
o I närvaro av laktos avlägsnas lac-repressorn.
o Detta pga att laktos omvandlas till allolaktos som binder till repressorn.
o Repressorn kan då inte längre binda till DNA-kedjan.
o RNA-pol får möjlighet att binda till promotorregionen och avläsa genen.
RNA-polymeras måste aktiveras
o Nu när RNA-pol bundit till promotorregionen måste det aktiveras.
o Aktivering sker mha 2 molekyler:
§ Protein kallat CAP.
§ Signalsubstansen cAMP.
o Vid brist på glukos bildas cAMP, som binder sig till CAPà tsm. aktiverar de RNA-pol.
o Nu går det att förstå varför:
”B-galaktosidas produceras alltså dels i närvaro av laktos, dels i frånvaro av glukos”
§Laktos behövs för att avlägsna repressor.
§Frånvaro av glukos behövs för att RNA-pol ska aktiveras genom bildning av cAMP (som ju sedan binder sig med CAP).
Eukaryota gener kan koordineras genom locus control regions (LCRs)
o Eukaryota gener är inte funktionellt organiserade i operon som prokaryoterna är.
o Transkriptionellt aktiva gener finns i utsträckta loopar med eukromatin.
o Vissa gensekv. kan medföra att närliggande kromatin, innehållande flera olika gener, blir uppackat.
§ Dessa sekvenser kallas locus controlregions (LCRs).
§ Genom deras förändringar av kromatinstruktur på stora områden ökar de enskilda promotorers tillgänglighet för transkriptionsfaktorer.
§ På så sätt kan transkriptionen regleras.
Transkriptionsfaktorer har gemensamma drag
o Olika funktionella domäner:
§ DNA-bindande domän – känner igen och binder till geners promotorer eller enhancers.
§ Transaktiverande domän
§ Repressionsdomän – hos transk.faktorer. med en blockerande effekt på transkription.
o Flera transkr.fakt måste ofta binda in till samma promotor för att transkr. ska ske på effektivt sätt.
o Helix-loop-helix struktur – DNA-bindande proteiner som passar in i major groove på DNA - Fig 20.7.
o Zinkfingrar – binder in till DNA. Fig 20.8.
§ Flera fingrar gör att prot kan hållas kvar till promotorregionen samtgt som genen avläses.
Detta genom att vissa fingrar håller sig kvar och andra släpper.
Steroidhormonreceptorn är en transkriptionsfaktor i cytoplasman
o Receptorer för steroidhormon (tex kortistol) finns i cytoplasman.
o Dessa binder till hormonet och bildar ett komplex som vandrar in i kärnan.
o Där binder de till särskilda regioner av DNA. På så sätt regleras transkriptionen.
o Steroidhormonrecept. är en transkr.fakt. som behöver aktiveras av en ligand (steroidhormonet).
§ Man säger att det är en ligandberoende transkriptionsfaktor.
Modifieringar av kromatinet påverkar transkriptionen
o En aktiv gen är som en uppluckrad struktur.
§ Den aktiva genen har ökad känslighet för enzymatisk nedbrytning.
§ Histonerna är modifierade genom fosforylering.
§ DNA-kedjans struktur på 5’-sidan är uppluckrad och är lätt att angripa med enzymer.
Kallas för hypersensitiv region.
o Acetylering av as lysin hos histonerna ändrar histonernas laddning à repellerande krafter mellan histoner och nukleosomer uppstår à DNA mer lättillgängl. för transk.fakt. och RNA-pol - Fig 20.10.
§ Vissa transk.fakt. kan även själva acetylera histoner – visar på en histonacetylas-aktivitet.
o Repressorer, som hämmar transkriptionen, utnyttjar en deacetylering av histoner.
o Inaktiva gener innehåller fler metylerade baser - Fig 20.11.
§ Kan tex. blockera inbindning av transkriptionsfaktorer.
§ Långsam process som ofta används för att totalt blockera transkriptionen under längre tid.
Co-aktivatorer och co-repressorer är ofta kromatinmodifierade
o Transkriptionsfaktorer har kofaktorer bundna till sig.
§ Dessa kofaktorer aktiverar eller hämmar genexpression utan att själv binda till DNA.
§ Kallas för co-aktivatorer och co-repressorer.
o Co-aktivatorer är histonacetylaser - acetylerar histoner & gör DNA mer lättillgängl. för transkr.fakt.
o Co-repressorer är ofta histondeacetylaser – deacetylerar &gör DNA mer svårtillg. för transkr.fakt.
o Fig 20.12.
o Kofaktorerna kan användas av flera transkript.faktorer à blir ofta konkurrens om kofaktorerna.
Posttranskriptionell reglering
o Innefattar processerna mellan transkription och initiering av translationen.
§ Processning av mRNA från primära transkriptet till mogna mRNA-mol
§ Transport ut ur kärnan
§ Stabiliteten hos mRNA.
o Alternativ splitsning kan hindras genom att ett repressorprotein binder till intronen och därmed blockerar splitsningen - Fig 20.13.
o Transporten av mRNA-molekylen ut ur kärna kan också vara en reglerande faktor.
§ För transp. krävs att det finns en cap-struktur i 5’-änden samt poly-A-nukleotidsvans i 3’-änden.
Tillsats av poly-A-svansen är en hastighetsreglerande faktor.
§ Kräver också att splicosompart. lämnat mRNA-mol. Ytterligare en hastighetsregl. faktor.
o Stabilitet hos mRNA-molekylen påverkas av steroidhormoner. Dessa ökar stabiliteten.
§ Klyvs poly-A-svansen bort minskar stabiliteten.
Translationell kontroll reglerar initiering av proteinsyntesen
o Proteiner kan binda till delar i mRNA som ej translateras – untranslated regions (UTRs).
o Viktig del är den som ligger mellan cap i 5’-änden och startkoden för translationen.
§ Betydelse för ribosomens förmåga att förflyttas längs mRNA-kedjan.
o Repressor kan binda in till 5’-änden à blockerar proteinsyntes.
o Initieringsfaktorn eIF2, ansvarig för bindning av initiator-tRNA till lilla subenhet, kan fosforyleras.
§ Då inaktiveras den. Sker bl.a. vid svält & virusinfektioner.
§ Även de andra initieringsfaktorerna (eIF3-5) regleras mha fosforylering.
RNA-interferens (RNAi) kan reglera både mRNA-stabilitet och translation
o Utgörs av små RNA-mol. som tsm. med speciella prot reglerar mRNA-stabilitet och translation.
o Delas in i siRNA och miRNA - Fig 20.15.
Short interference RNA (siRNA) ger specifik nedbrytning av mRNA
o Korta RNA-molekyler.
o Binder specifikt till andra mRNA-molekyler mha sekvensspecifik basparning.
§ Resultatet blir att mRNA snabbt bryts ner.
o Ribonukleaset ”Dicer” fungerar som ett RNA-nedbrytande enzym.
§ Finns med själva siRNA-mol och andra prot i ett komplex kallat RISC.
o Reglerar genexpression på posttranskriptionell nivå genom att hämma klyvning av mRNA.
o siRNA bildas från dubbelsträngat RNA.
§ Kroppen har immunologiska system (interferon) som känner igen detta.
§ Genom att introducera små, färdigprocessade siRNA-molekyler kan man undvika att interferonet känner igen det.
Mikro RNA (miRNA) blockerar translationen
o miRNA yttrycks som prekursormolekyler från specifika gener.
§ Kodar dock inte för något protein.
§ Processas istället till färdiga korta miRNA-molekyler.
o Binder till otranslaterade delen (3’-UTR) av andra mRNA-molekyler.
§ Resultatet blir en blockering av translationen från den bundna mRNA-molekylen.
§ Kan alltså påverka translationen av ett specifikt protein.
Vecka 6 - 21. Cellcykeln – 195-207
Cellcykelns faser – Fig 21.1.
Mitos
o M-fas – själva celldelningen, mitosen.
o Kondensation av kromosomer.
o Mitotisk spole (mikrotubuli) bildas à kromosomer separerar och vandrar mot var sin ände
o Efter kärnans delning sker delningen av cellen.
o G1-fas – mellan M och S. Längsta fasen.
§ Celler kan befinna sig här under en längre tid – kallas då G0. Cellen ökar i storlek.
§ I embryonala celler är G1-fas under första celldelningar väldigt kort à cellen minskar vid varje delning.
§ Längre i andra celler, kan vara i flera månader hos leverceller.
o S-fas – replikation.
o G2-fas – mellan S och M. Kontroll av cellen – klar & i korrekt skick för mitos. Checkpoints.
Interfasen
o G1, S och G2-fas.
o G1-fas: tillväxt av cell. Organeller ökar till adekvata nivåer.
§ Proteiner, kolhydrater och lipider karaktäristiska för cellen tillverkas.
§ Duplikation av centrosomen – struktur i cell varifrån mikrotubuli utgår.
o S-fas: replikation.
§ Vid flera replication origins där ett proteinkomplx finns – pre-replication complex.
§ Replikation drivs av Cdk2 – hindrar förnyelse av pre-replication complex.
Cdk1 återbildar sedan pre-replication complex i M-fasen.
§ Vid replikation omvandlas pre- till ett post-replication complex.
Replikation kan ej starta från post à DNA kan bara kopieras en gång under en S-fas - Fig 21.2.
Mitosens olika faser
o Leder normalt till bildning av 2 dotterceller identiska med modercellen.
oProfas: kondensation av kromatin (kan ses i mikroskop). Fig 21.3a & b.
§ Kromosomen består av 2 systerkromatider som hålls ihop i centromeren.
§ Mitoliska spolen bildas från centrosomerna.
Mikrotubuli fäster i centrosomer och centromeren (kromosomerna).
Finns olika sorters mikrotubuli. Fig 21.3c.
o Kinetochor: de som fäster i kromosomerna.
o Polära: sträcker sig från en centromer till en annan.
o Astrala: utgår från centromer. Fäster den i omgivningen.
oMetafas: kärnmembran börjar brytas ner till små vesikler. Fig 21.3c.
§ ER och Golgi bryts också ner på liknande sätt.
§ Mikrotubuli (som sedan drar isär kromatiderna) binder på kromosomen.
Varje kromosom fästs således på den mitotiska spolen.
§ Kromosomer rör sig mot cellens ekvatorialplan. En check-point. Fig 21.3c.
oAnafas: proteiner som håller samman systerkromatider bryts ner.
§ Sker mha enzymkomplexet APC(anaphase promoting complex).
§ Leder till ”loss of cohesion” à systerkromatiderna separerar à vandrar åt var sin pol av cellen.
Mikrotubuli bryts då ned allt eftersom kromatiden passerat.
Läkem. som stoppar nedbr. av mikrotubuli leder till stoppad celldelning.
oTelofas: nu finns en systerkromatid i varje pol av cellen. Fig 21.3d.
§ Kontraktil ring bildas som dras ihop mha myosin à cellen klyvs.
§ Mitotiska spolen bryts ned.
§ Kromatinet mindre kondenserat.
§ Kärnmembranets vesiklar återbildar kärnmembr. runt kromosomerna, ER & Golgi.
§ Kromosomerna luckras upp allt mer.
o Dottercellerna övergår nu till interfas.
Reglering av cellcykeln sker på olika nivåer
o Kan göras på olika sätt:
Autonoma kontrollen av cellcykeln (Nivå 1)
o Passage mellan cellcykelns olika faser regleras.
o Olika ”check-points”: garanterar att genomisk integritet uppehålls.
§ Tex chromosome alignment.
o Kinaser fosforyl. andra molekyler, ändrar deras konformation, och styr därmed passagen.
§ Kinaser har proteiner som kofaktorer.
Kallas cykliner (A-E)à Cdk-cyklinberoende kinaser.
o Bildas komplex med kinas + cyklin (kofaktorn) à Cdk-cyklinkomplex.
§ Har 2 roller:
Aktiverar enzymer som driver cellcykeln fram i respektive cellfas.
Bryter ner tidigare fasspecifika cykliner à cellens fasövergång blir irreversibel à driver cellen vidare ut ur pågående fas in till nästa.
o Cdk1 (M-fas) à M-phase promoting (MPF).
§ Cdk1 tillsammans med cyklin B à pre-replication complex återbildas à ny replication kan ske senare i cellcykeln.
§ Inducerar även följande:
Kondensation av kromosomer.
Nedbrytning av kärnhölje.
Bildning av mitotisk spole.
§ Aktiverar även APC à ”loss of cohesion” bland kromosomer à anafas.
Senare bryts cyklin B ner mha APC à Cdk1 förlorar aktivitet à telofas.
o Cdk2 (G1 och S-fas) à S-phase promoting (SPF) - Fig 21.6.
§ Cdk2 tillsammans med cyklin A & E fosforylerar DNA-polymeraser.
Replikation av DNA startar från pre-replication complex.
Hindrar även att nytt pre-replication complex bildas à
à inga fler DNA-replikationer kan ske i samma cellcykel.
o Cykliner och Cdk ingår i stor grupp proteiner – cell division cycle proteins (cdc).
Reglering genom tillväxt- och tillväxthämmande faktorer (Nivå 2):
o Komponenter som påverkar autonoma kontrollen av cellcykeln (Nivå 1).
§ T.ex. tillväxtfaktorer - Fig 21.5.
o Avgör om celldelning ska ske eller inte.
oTillförsel av tillväxtfaktorer i G0
§ Framkallar transkription av många gener.
§ Binder till receptorer som i sin tur startar signalvägar in till cellkärnan.
§ Early response genes aktiveras àaktiverar i sin tur late response genes.
Late response genes inkluderar olika cykliner och Cdk.
oTillförsel av tillväxtfaktorer i cell som är i aktiv celldelning
§ Påverkar G1-S-restriktionspunkten. Utträde ur G1 och övergång till S - Fig 21.7.
Som ett gränsvärde – passeras detta kan cellen fortsätta sin celldelning, oberoende av ytterligare tillväxtfaktorer.
§ E2F-transitionsfaktor kan blockera passage genom G1-S-restriktionspunkt.
Styr tillverkn. av cykliner & enz som är viktiga för övergången G1 à S-fas.
Retinoblastomproteinet (pRb) kontrollerar E2F.
o Aktiv pRb blockerar E2F à hindrar övergång till S-fas.
o Fosforylerat (inaktivt) pRb blockerar inte E2F à övergång till S-fas kan ske.
o Fosforylering av pRb beror på Cdk4 & Cdk6, som i sin tur är beroende av cyklin D.
o Just cyklin D bildas som svar på många transkr.faktorer à förklarar hur tillväxtfaktorer kan styra passage över G1-S-restr.pkt.
o pRb är en suppressorgen – vid avsaknad sker ju celldelning okontrollerat. Ofta fallet i cancer.
oP53-genen: ökar i koncentration vid cellskada (tex strålning eller syrebrist).
§ Leder till att inhibitorn p21 (se nedan) bildas à hämmar cdk-cyklinkomplex à cellen stannar i tillväxt tills reparation skett.
§ Vid stor cellskada stimulerar p53 istället till apoptos.
§ Mutationer i p53 minskar dess effektivitet à celldelning fortskrider, trots cellskader. Ofta fallet i cancer.
oCdk-inhibitors – Cdk I. Bland annat p21.
§ Deltar i positiv och negativ reglering av celldelning.
§ En lägre koncentrtion av Cdk I leder till celldelning.
§ En högre koncentration av Cdk I leder till hämning av celldelning.
o Celltillväxt och celldelning styrs även av adhesionsmolekyler. Cellens kontakt till ECM.
o Polyaminer är positivt laddade kolväten med aminogrupper.
§ Vid närvaro av polyaminer stimuleras DNA-replikation (S-fas).
§ Vid frånvaro av polyaminer stannar cellen i S-fas.
Meios
o Bildning av könsceller.
o Kromosomantalet halveras.
o Könsceller har haploid uppsättning – en kopia av en kromosom. Antingen från mamma lr pappa.
o Andra celler har diploid uppsättning – 2 kopior av en kromosom. Från mamma och pappa.
o Utgångspunkt för meios är en diploid cell som genomgått S-fas (DNA-replikation) -Fig 21.9.
o Därefter sker två konsekutiva celldelningar.
§ Meios 1 – homologa kromosomer parar sig samman (>< ><).
Sker utbyte mellan maternella och paternella kromosomer – rekombinationer.
Vid delningen går varje kromosom till var sin cell (ß >< >< à).
§ Energiförråd i form av glykogen och triacylglycerol. Regleras efter tillgång på föda.
Anabolism och katabolism regleras på ett reciprokt sätt - Fig 24.7.
o Oxidativ väg (nedbrytning): glykolys, β-oxidation, csc och el.transp.kedja.
o Syntes väg: glykogensyntes, glukoneogenes, fettsyrasyntes.
25. Kolhydradmetabolismen – 255-271
Stärkelse och cellulosa i växter.
Glykogen (energireserv) och glukos i människor.
Glykolysen: förbränning av glukos.
Glykoproteiner och glykolipider bildar strukturella komponenter i cellmembran.
Proteoglykaner bygger upp ECM.
Glykolysen finns i alla celler
o Den centrala processen i de energigivande processerna.
o Oxidation av glukos till pyruvat. Sker i cytoplasman.
o Vissa celler, som saknar mitokondrier, är helt beroende av glykolys för sin energi.
§ Röda blodkroppar, testiklar, ögats lins.
o Hjärnan är beroende av glykolys, ty glukos passerar blod-hjärnbarriär, till skillnad från fettsyror.
§ Här förbränns glukos fullständigt till koldioxid och vatten.
o Aerob glykolys à bildar pyruvat (pyrodruvsyra).
o Anaerob glykolys à bildar laktat (mjölksyra).
o Kemiskt: en oxidation av glukos (6C) till 2 pyruvat ( 2 x 3 C) - Fig 25.1.
Steg i glykolysen – Fig 25.1.
o1. Bildning av energirik 6-kolsförening
o2. Klyvning av denna i två trekolfragment
o3. Utvinning av energi
Reglering av glykolysen
o Hastighet hos glykolysen regleras efter behov av energi.
o Hexokinas, fosfofruktokinas och pyruvatkinas reglerar hastigheten - Fig 25.1.
oHexokinas hämmas av sin produkt, glukos-6-fosfat.
oFosfofruktikinas finns i två olika konformationer: R (relax = aktiv) och T (tense = inaktiv).
§ Finns det mkt ATP à ATP binder till inhibitor site à enzymet blir inaktivt (T).
§ Finns det lite ATP à ATP binder till subtrat site à enzymet blir aktivt (R).
§ Fruktos-2,6-bifosfat (kat. av enz. Fosfofruktokinas-2) bildas i levern vid intag av mkt glukos.
Det binder till fosfofruktokinas och stabiliserar det i sin aktiva form (R).
o Bildas ATP vid glykolys.
oPyruvatkinas överförs till en inaktiv form av ATP.
§ Acetyl-CoA hämmar också - tyder på att fettsyraförbr. är hög à kan dra ned på glykolysen.
§ Alanin hämmar oxå, ty det visar att as finns i överflod à as används då till förbränning ist.
§ Pyruvatkinas aktiveras av hög andel fruktos-1,6-bifosfat.
Anaeroba glykolysen är självförsörjande
o Bildas laktat (reducerad form av pyruvat) istället för pyruvat.
o Den bildade NADH oxideras inte i mitokondrien, ty syrebrist.
§ Används istället för att bilda laktat. Då blir NADH à NAD+. Fig 25.3.
o Mjölksyran (laktat) sänker pH i muskler à kramper & smärta.
§ Återbildas till glukos i levern.
o Fysisk träning innebär:
§ Ett ökat blodflöde till muskulatur à mer effektiv syresättning.
§ Kroppen vänjer sig vi högre koncentrationer av mjölksyra.
Pyruvat oxideras till acetyl-CoA
o Då ytterligare energi behövs vandrar pyruvat in i mitokondrien och ox. till acetyl-CoA - Fig 25.5a.
o Sker mha enzym kallat pyruvatdehydrogenas.
§ Aktivt i defosforylerade form.
Stimuleras av ADP, NAD och coenzym A – substanser som signalerar låg enerignivå
§ Inaktivt i fosforylerade form.
Hämmas av ATP, NADH och acetyl-CoA – substanser som signalerar hög energinivå
Glykogen är upplagringsformen av glukos
o Lagras i lever och muskler.
o Består av både α-1,4 och α-1,6 bindningar - Fig 25.7.
§ Grenad kedja à förgreningen gör att frisättningen blir kraftigare.
o Som nämnts tidigare lagras glukos som glykogen à stör inte den osmotiska balansen.
o Levern förser andra vävnader med glukos tack vare glukos-6-fosfatas.
§ Enz. Som frigör fosfatet från glukos-6-fosfat à glukos kan då lämna cellen!
o Mesta av glukosen används i hjärnan (75%), resten i skelettmuskler, hjärtmuskler, röda blodkropp.
Syntes av glykogen
o Glukos måste aktiveras à sker mha UTP under bildning av UDP-glukos.
§ Katalyserad av enz UDP-glukos-fosforylas.
o UDP-glukos har tillräcklig energi för att starta syntetisering av glykogen.
§ Sker mha enz. Glykogensyntas, som gör glykogen till en rak kedja mha α-1,4-bindningar.
o Vid glykogensyntes frigörs UDP för varje UDP-glukos som byggs in.
o Branchning enzyme bildar sedan grenarna (α-1,6) på kedjan.
§ Klipper ett glukosfragment och förflyttar till C6 à α-1,6-bindningen bildas.
o Fig 25.8.
Glykogensyntas kontrolleras genom reversibel fosforylering - Fig 25.9.
o Defosforylerat i sin aktiva form (glykogensyntas a) à glykogensyntes.
§ Aktiveras vid frisättning av insulin - Fig 16.3b.
§ Överskott av ATP.
§ Insulinet sänker cAMP genom att aktivera fosfodiesteras à målenzymer defosforyleras à glykogensyntes blir aktiv.
o Fosforylerat i sin inaktiva form (glykogensyntas b) à stopp av glykogensyntes.
§ Inaktiveras under inverkan av adrenalin och glukagon.
§ Vid muskelkontraktion behövs ju glukos à glykogensynteset blir inaktivt.
o Hög andel glykogen hämmar glykogensyntaset (gör det inaktivt).
Glykogennedbrytning vid behov av glukos
o Glykogen bryts ned genom fosforolys.
§ Glukos frigörs i form av glukos-1-fosfat (metabolt aktiva formen av glukos).
o Behövs inte ATP för att aktivera glukos, då den ju bildas från glykogen.
o Tre enzymer deltar vid nedbrytning av glykogen - Fig 25.10.
§ Glykogenfosforylas – klyver glykogenet fram till förgreningen.
Bryter α-1,4-bindning. Adderar fosfat à glukos-1-fosfat.
§ Debranching enz. – flyttar tre-glukosfragmt fr. förgrening till en ände på den raka kedjan.
Klyver därefter α-1,6 bindningen.
§ Fosfoglukomutas – omvandlar glukos-1-fosfat till glukos-6-fosfat.
G-6-P kan sedan gå vidare i glykolysen!
o Levern upprätthåller konstant nivå av blodglukos.
§ G-6-P kan inte diffundera ur cellen à levern innehåller enz glukos-6-fosfatas à gör att glukos kan lämna levern.
§ Detta enz saknar i muskler och hjärna à de behåller glukos för eget behov.
Reglering av glykogennedbrytning
o Regleras av glykogenfosforylas.
oAlloster reglering:
§ Aktiv form – R.
Hålls i aktiv form av AMP à behövs ju energi, ty AMP är energifattigt.
§ Inaktiv form – T.
Hålls i inaktiv form av ATP & G-6-P à behövs ju ingen energi.
oReglering mha reversibel fosforylering.
§ Aktiv i fosforylerad form – fosforylas b.
§ Inaktivt i defosforylerad form – fosfoforylas a.
§ Oberoende av AMP, ATP och G-6-P.
§Nedbrytning i lever:
Stimuleras av hormonet glukagon à frigörs vid sjunkande blodsocker à höjer nivån av cAMP à aktiverar proteinkinas A à proteinkinas A orsakar fosforylering av enz fosforylaskinas à enz fosforylaskinas katalyserar en fosforylering av glykogenfosforylas à glykogenfosforylas blir aktivt (fosforylas b) à leder till att glykogen bryts ned. Fig 25.11.
§Nedbrytning i muskler:
Stimuleras vid förhöjd koncentration av Ca2+ à Ca2+ binder till protein kallat calmodulin à Calmodulin ingår i fosforylaskinas à Fosforylaskinas aktivitet ökar à glykogenfosforylas blir aktivt (fosforylas b) à leder till att glykogen bryts ned. Fig 25.11.
Glukoneogenesen är en omvänd glykolys
o Glukos används som energisubtrat av tex hjärnan, röda blodkroppar, testiklar.
o Vid brist på glukos måste kroppen själv bilda glukos från annat än glykogen.
§ Processen kallas glukoneogenes.
o Utgångssubtrat för glukoneogenes är as, laktat och glycerol.
§ Först används laktat, därefter as, slutligen glycerol.
o Är i princip en omvändning av glykolysen.
o Kräver ATP istället för att alstra ATP. Omvandlingen pyruvat à glukos kräver 6 ATP.
o Viktig för att hålla blodglukosnivå uppe trots brist på kolhydrater och vid svält/fasta.
o Använder främst as från muskelprot à förklarar varför muskler bryts ned vid svält/fasta -Fig 25.12.
Glukoneogenesen har tre nya omvägar jämfört med glykolysen (!)
o 3 irreversibla reaktionerna i glykolysen kat. av enz. hexokinas, fosfofruktokinas och pyruvatkinas har nya ”omvägar” med andra enzymer.
Aminosyror som utgångssubstans
o As används när glykogen är slut à vid fasta eller i muskler i extrem ansträngning.
o Omvandlas till någon intermediär som finns i csc.
Laktat som utgångsmaterial
o Bildas laktat vid anaerob glyoklys (ofullständig nedbrytning av glukos).
o Laktat omvandlas till pyruvat och glukos genom glukoneogenesen i levern. Fig 25.17.
o Därefter återvänder glukosen till muskler.
o Enz laktatdehydrogenas katalyserar omvandling en av pyruvatà laktat.
§ Enz. I skelettmuskler omvandlar pyruvat à laktat. Sker under anaeroba förhållanden.
§ Finns i olika former – isoenzymer.
§ Enz. I hjärtmuskler omvandlar laktat à pyruvat à pyruvat kan anv vidare i csc.
Detoxifierar således laktatet.
Glycerol som utgångsmaterial
o Oxidation av fettsyror ger mkt energi.
o Använder enz. Glycerokinas à bildas en intermediär i glykolysen.
Reglering av glukoneogenes
o Faktorer som hämmar glykolysen à gynnar glukoneogenesen, och tvärtom.
o Intermediärer som i glykolysen gynnar just glykolysen, hämmar istället glukoneogenesen.
§ På så sätt sker inte glykolys och glukoneogenes samtidigt.
o Glukoneogenes stimuleras av ATP, brist på kolhydrat och aktiv fettförbränning.
o Glukoneogenesen hämmas av ADP, överskott på kolhydrat.
26. Lipidmetabolismen (fettmetabolism) – 271-281
Lipider (fetter) är den mest koncentrerade formen av energi hos en organism.
o Dubbelt så mkt fett från fett jmf med kolhydrat lr protein.
o Fettsyraoxidation är viktigaste processen i muskeln för att ge energi.
Kroppsfettet finns som triacylglycerol
o Fungerar som energireserv.
o Energi från fett kan tillgodogöras mellan måltider, under natten, fasta, svält.
o Sker huvudsakligen i lever och fettväv.
Degradering av triacylglycerol
o Energibehov signaleras genom stegring av adrenalin eller glukagon à Aktiverar hormonkänsligt lipas (HKL). Kap. 16. à Triacylglycerol bryts ned till diacylglycerol & monoacylglycerol under frigöring av fettsyror à Monoacylglycerol bryts ned till fettsyror och glycerol mha lipas MGL. à Fettsyror diffunderar ut ur fettcell à Transporteras, bundna till albumin, till lever och muskler
o Energin hos fettsyror fås genom β-oxidation.
§ Bildas ett antal acetyl-CoA à oxideras i csc
Förberedelse för β-oxidationen
o Fettsyror måste först aktiveras (likt glukos).
§ Sker genom att fettsyran kopplas till coenzym A mha enz. Acyl-CoA-ligas.
§ Kräver energi (ATP).
§ à Acyl-CoA.
o Acyl-CoA transporteras in i mitokondrien. Fig 26.1.
o Efter att acyl-CoA transporterats in i mitokondrien börjar fettsyraoxidationen.
Själva β-oxidationen – se föreläsningen för reaktionsformel
o Sker i mitokondrien. Kan även ske i peroxisomen (mkt långa samt grenade fettsyror).
o α-kolet finns närmast karboxylgruppen, det intill kallas β-kolet.
§ Vid β-oxidationen oxideras β-kolet.
o β-oxidation är cyklisk process à acylkedja klyvs successivt till 2C-fragment à omvandlas till acetyl-CoA. Fig 26.3.
Första steget
o Acyl-CoA oxideras till enoyl-CoA .
§ Mha enz acyl-CoA-dehydrogenas à bildas en dubbelbindning.
§ FAD används som coenzym.
§ Finns 4 olika acyl-CoA-dehydrogenas – för mkt långa, långa, medellånga, kort.
Brist på dehydrogenas ger otillräcklig energitillförsel.
Andra steget
o Vatten adderas.
o En ny oxidation äger rum.
o Bildas ketosyre.
o NAD används som coenzym.
Tredje steget
o Det bildade 2C-fragmentet klyvs bort mha enz. B-ketothiolas.
o Bildas acetyl-CoA.
Varje varv bildas: 1 FADH2 , 1 NADH2 , 1 acetyl-CoA. Elektronbärarna är energirika.
Acetyl-CoA fortsätter in i csc för vidare oxidation.
Regleringen av β-oxidationen
o Reglering sker genom inflödet av acylgrupper över mitokondriemembranet.
o Enz. regleras av malonyl-CoA.
§ Malonyl-CoA är startprodukt i fettsyrasyntes à hämmar β-oxidation.
§ Således sker oxidation och syntes av fettsyror aldrig samtidigt.
o Höga nivåer av NAD+ à energibrist à gynnar β-oxidation
o Höga nivåer av NADH à överskott på energi à hämmar β-oxidation.
Andra oxidationer
o Finns även ω-oxidation (s274). Sker i ER.
o Sista kolatomen (ω) oxideras först.
o Främst på medellånga fettsyror.
När används fettsyror som energisubtrat?
o Används vid svält eller fasta (natten).
o Vid fettrik kost.
§ Lågt glukosintag à fettsyror används istället. LCHF.
o Vid diabetes.
§ Bristen på intracellulärt glukos à fettsyror används istället.
Ketonkroppar bildas vid kraftig fettnedbrytning
o Sker när fettnedbrytning blir kraftig.
o Bildas i leverns mitokondrier.
o Skickar istället iväg acetyl-CoA som ketonkroppar (tex aceton).
Hjärnan kan använda ketonkroppar som energistubtrat
o Hjärnan föredrar glukos.
o Ketonkroppar kan dock användas i hjärnan vid svält.
§ Pga att fett inte kan ta sig över blod-hjärnbarriären à krävs ketonkroppar då.
o Enz. succinyl-CoA-transferas omvandlar ketonkroppen à acetyl-CoA à oxideras i csc - Fig 26.4.
Fettsyrasyntes
o Vissa fettsyror kan inte syntetiseras à tillförs via dieten à essentiella fettsyror.
o Fettsyrasyntes sker i lever och fettväv.
o Äter fett à hydrolyseras till fettsyror à absorberas i mag-tarmkanal à tas upp av perifera vävnader (främst fettväv).
o Fettsyrasyntes är helt skild från β-oxidation (till skillnad från glykolys kontra glukoneogenes).
§ Syntes sker i cytosol, ej i mitokondrien.
§ Startmolekyl är malonyl-CoA.
Komponenter för fettsyrasyntesen
o Krävs NADPH. I samband med anabola processer (syntes). Finns mycket NADPH i lever.
o Acetyl-CoA-molekyler som behövs för syntes kommer från:
§ Kolhydrater (via pyrutvat)
§ Aminosyror.
Reglering av fettsyrasyntesen
o När det finns överskott av energi i förhållade till behov lagras det som fett.
§ Kolhydratrik diet à ökar syntes av acetyl-CoA-karboxylas à stimulerar fettsyrasyntes.
§ Fettrik diet à hämmar syntes av acetyl-CoA-karboxylas à hämmar fettsyrasyntes.
Förlängning av fettsyror
o Palmitinsyra är slutprodukt för fettsyrasyntesen.
o Längre fettsyror kan ske med utgångspunkt från palmitinsyran.
o Sker i ER eller mitokondrien.
o Enzymkomplex fettsyra-elongeringssystemet förlänger fettsyran med 2 C-atomer.
§ Bildas då stearinsyra (18 C). Människor kan inte bilda längre.
§ Införs då istället dubbelbindningar.
Fleromättade fettsyror
o Två eller flera dubbelbindningar.
o Indelas i två huvudgrupper:
§ Omega-6-familjen: dubbelbindning 6 C-atomer från Omega-kolet (änden).
§ Omega-3-familjen: flera dubbelbindningar: en är 3 C-atomer från Omega-kolet.
§ Omega-kolet är det sista i fettsyran.
o Måste tillföras via dieten.
§ Kan då förlängas till 20-22 kolatomer.
o Strukturmaterial och signalsubtanser.
o Omega-6 och omega-3 fetter tävlar om samma enzymer för syntes av andra fettsyror.
à Relationen omega-6/omega-3 viktig. 27. Proteinmetabolismen – 281-283
Proteiner i födan används för att bilda artegna proteiner.
10 st essentiella aminosyror måste tillföras via födan.
o Finns i fullvärdiga proteiner - kött, fisk, ägg.
10 st icke-essentiella aminosyror kan människan själv tillverka.
o Finns i dietära produkter.
Räcker med 50g protein / dag. Om man tränar krävs det mer.
Proteiner i kroppen bildas och bryts ner konstant.
o Behöver tillföra proteiner via födan.
o Vid överskott bryts de aminosyror som inte används ner.
Kvävebalans
o Positiv kvävebalans – protein bildas.
o Negativ kvävebalans – protein bryts ner. Vid svält.
Hormonell reglering av plasmaaminosyror
o Reglering av aminosyrametabolism sker genom hormoner.
o Anabola hormoner (steroider och tillväxthormon)
§ Stimulerar inkorporering av as i muskelprotein.
§ Insulin är också anabolt. Förhindrar dock snarare proteolys av proteiner.
o Katabola hormoner (kortison).
§ Kortison leder till nedbrytning av muskelprotein, as och frisättning av as till plasman.
§ Glukagon stimulerar nedbrytning av proteiner och för ut as i blodcirkulation.
Ammoniumjoner omvandlas till urea och utsöndras
o As bryts ner:
§1. Kolskelett assimileras i kolhydrat- eller fettmetabolism.
§2. Aminogruppen plockas bort – omvandlas till ammoniumjoner.
o Fig 27.1. Omvandlingen av aminogruppen sker i 2 steg: 1. Aminogruppen förs över till α-ketoglutarsyra à bildar gluatminsyra. 2. Glutaminsyra oxideras à ammoniumjoner bildas.
o Höga nivåer av ammoniumjoner är toxiskt à bildas urea för att skydda.
§ Sker i ureacykeln. Bildar as arginin à klyvs à urea frisätts.
§ Ureacykeln är energikrävande à proteinmetabolism mer energikrävande än kolhydratmetabolism.
28. Citronsyracykeln – 285-288
Största delen av cellens energiproduktion sker i csc.
Csc. är ett arrangemang molekyler för att oxidera acetyl-CoA.
o Slutprodukten är koldioxid. Bildas energi.
Oxiderar 2 C-atomer per varv.
o Avges elektroner à fångas upp av NAD & FAD à NADH & FADH2.
o Bildas 3 NADH, 1 FADH2 och 1 GTP (omvandlas till ATP) per acetyl-CoA
Reaktionen i csc:
acetyl-CoA + 3 NAD + 1 FAD + 3 H2O à 2 CO2 + 3 NADH+ + 1 FADH2 + GTP + CoA
Citronsyracykeln går i åtta steg
o Csc sker bara under aeroba förhållanden, ty kräver tillförsel av FAD och NAD.
§ Dessa omvandlas till FADH2 och NADH + H+ i csc.
§ FAD och NAD regenereras när dessa överför sina elektroner till syre i andningskedjan.
o Csc regleras efter behov av energi samt tillgång till intermediärer och subtrat.
§ Hastighet bestäms av flödet av acetyl-CoA genom de 3 irreversibla stegen: 1. Citratsyntas 2. Isocitratdehydrogenas 3. A-ketoglutaraldehydrogenas
Intermediärerna i csc används för många saker
o Kan användas till annat än oxidation acetyl-CoA.
§ Syntes av andra aminosyror.
o Vid svält, omvandlas till glukos via glukoneogenesen.
o Betyder att intermediärer måste fyllas påständigt mha anapleurotiska reaktioner.
o Vid diabetes bildas inte tillräckligt med oxalacetat (produkt av glukos) à fettsyror bryts ju ner à ansamlas acetyl-CoA à omvandlas till ketonkroppar à svämmar ut i blodet à ger acidos à livshotande.
o Omvandling av aminosyror (transaminering/deaminering) ingår också i anapleurosen.
§ Kan då omvandlas till intermediärer och fortsätta csc.
Csc är intimt kopplad till andningskedjan i mitokondrierna
o Energi fås genom oxidation av födoämnen.
§ Reaktioner där väte och elektroner tas bort (glykolysen, β-oxidation, csc).
o Nu får syret vara med à andningskedjan.
28. Andningskedjan – 288-290
Sker i mitokondriernas innermembran.
Slutsteget av biologiska oxidationen utgörs av elektrontransporten.
Syret reduceras till vatten.
Energin används till att bilda ATP!
Mitokondrien producerar energi
o Produktion av ATP.
o Celler som kräver mycket energi (muskler, endotelceller i tarmen) har mkt mitokondrier.
Mitokondrien är en organell som består av ett yttermembran, innermembran, matrix. Fig 28.4. Kap. 8.
Yttermembranet tillåter fri genomsläpplighet för små molekyler.
Innermembranet innehåller mycket proteiner & fosfolipiden kardiolipin.
o Gör att innermembranet är mycket tätt.
o Bland proteinerna i innermembranet tillhör:
§ Elektrontransportkedjan
§ F1F0-ATP-syntetas - enzymkomplex som tillverkarATP
§ Transportproteiner - in/utpassage av metaboliter.
Hur får vi energi från mitokondrien?
o Elektronbärarna NADH och FADH2 bär på elektroner à energirika.
o Överlämnar sina elektroner till system av särskilda proteiner (respirationskedjan) - Fig 28.4.
o Proteinerna genomgår konformationsändring när de fångar upp elektroner à Protoner avges på ena sidan av membranet à bildas en protongradient
o Protonerna finns i intermembranutrymmet.
§ Kan ej vandra tillbaka över innemembranet pga dess täthet.
§ Använder sig av F1F0-ATP-syntetas för att komma tillbaka till matrix!
o Protonvandring genererar energi à ADP + Pi à ATP.
o Slutliga acceptorn för elektronerna är syre.
§ Saknas syre stannar elektrontransporten à NADH & FADH2 ansamlas.
o Processen då ATP bildas kallas oxidativ fosforylering.
§ 1 NADH oxideras à ger 3 ATP.
§ 1 FADH2 oxideras à ger 2 ATP.
o Bildas 38 mol ATP per mol glukos.
o 40% av all energi blir ATP. Resten blir värme och används för att hålla kroppstemp (38 C).
Reglering av ATP-syntes
o ADP-hypotesen - mest accepterade hypotesen.
§ Cellandning styrs av koncentrationen ADP.
§ Mer ADP à cellandning stiger.
o Cellandning regleras av protonläckage över innermembranet.
§ Protonläckage à mindre ATP bildas.
§ Läckaget regleras av energibehöv.
§ Stort behov av ATP à protoner går genom F1F0-ATP-syntetas .
Koppling mellan elektrontransport & ATP-syntes ökar.
§ Litet behov av ATP à protonerna läcker över innermembranet.
Koppling mellan elektrontransport & ATP-syntes minskar.
§ Protonläckage kan fås vid urkopplande proteiner (UCP1-5) à koppling minskar à bildas mer värme.
o Fysisk aktivitet ökar transkription av vissa gener för mitokondrier à antalet mitokondrier ökar à ATP-syntes ökar.
29. Integrering av metabolismen – 301-305
Hormoner av betydelse i energibalansen
o Reglering av metabolism i föda resp. fastande tillståndet styrs av hormoner.
Insulin frisätts i det födda tillståndet
o Frisättning av insulin stimuleras efter födointag.
o Hämmas vid fasta.
o Produceras i β-celler i de Langerhanska öarna.
o Inducerar 2 huvudsakliga förändringar i målceller:
§1. Ändrad membrantransport
§2. Ändrad enzymfunktion hos vissa målenzymer. Kap. 16 & Fig 16.3.
o Stimulerar faciliterad diffussion av glukos in i celler.
§ Inflödet av glukos ökar de reaktioner i vilka glukos deltar.
o Stimulerar den aktiva transporten av as in i celler à ökar proteinsyntes.
o Fungerar alltså med anabol verkan.
o Verkar även anti-kataboliskt – hindrar oss från att använda upplagrad energi. Fig 29.4.
o Förhindrar nedbrytning av:
§ Glykogen i levern.
§ Triacylglycerol i fettväv
§ Protein i muskeln.
Vilka enzymer aktiveras av insulin?
o Insulin är ju anabolt. Stimulerar syntes av glykogen & fett.
o Anti-katabolt på de stora makromolekylerna à stimulerar följande:
§ Glykogensyntas – syntes av glykogen.
§ Enzymkomplexet Fettsyrasyntas – syntes av fett.
§ Glykolysens enzymer – nedbrytning av glukos à stimulerar upptag och metabolism av glukos i levern à där övergår ju glukos till glykogen.
o Hämmar:
§ Glykogenfosforylas – nedbrytning av glykogen.
§ Hormonkänsligt lipas (HKL) – nedbrytning av fett.
Glukoneogenesen – syntes av glukos à stoppar produktion och frisättning av glukos.
Vilka proteiner aktiveras av insulin?
o Stimulerar upptaget av aminosyror.
o Ökar aktiviteten hos vissa ribosomala enzymer.
o Ovanstående leder till ökad proteinsyntes.
o Förhindrar även nedbrytning av muskelproteiner - Fig 16.3.
Hur regleras sekretionen av insulin?
o Glukoskoncentration i blodet kontrollerar insulinsekretionen.
§ De Langerhanska öarna i pankreas läser av blodsockernivån.
oFöljande faktorer stimulerar insulinsekretion:
oEnergisubtrat:
§ Vissa aminosyror stimulerar.
§ Fleromättade fettysror stimulerar.
oHormoner
§ Gastrointestinala hormoner – GLP-1, gastrin.
oNervösa faktorer
§ Nervus vagus (parasympatiska nervystemet) aktiveras vid födointag.
oFöljande faktorer hämmar insulinsekretion:
oStress
§ Adrenalin à blodsockerhöjning önskas.
oPeptidhormon
§ Somatostatin à gör att måltider assimileras långsammare.
o Låga insulinnivåer förlänger mättnadskänslan, förhindrar åderförkalkning.
o Höga insulinnivåer orsakar brist på mättnadskänsla, åderförkalkning, högt blodtryck.
Diabetes mellitus vid insulinbrist (typ-1) eller insulinresistens (typ-2)
o Från diabene (=rinna) à ett symtom för diabetiker är just stora urinvolymer.
o Mellitus = sött.
o ”Sötrinna” à kissar ut mycket av glukosen!
o Avsaknad/resistens mot insulin à ingen upplagring av energisubtrat - Fig 29.5.
§ Energisubtrat ”rinner” istället iväg à kan inte användas.
Typ-1-diabetes: insulin saknas.
o β-celler dör à kan ej producera insulin.
o Glukos kan inte komma in i celler à glukosvärde höjs.
o Levern forstsätter ändå att producera glukos à glukosvärdet höjs ytterligare.
o Kroppen får istället energi från nedbrytning av triacylglycerol (β-oxidation).
o Njurarna kan inte hantera plasmaglukosnivån à glukos utsöndras i urin.
o Bildningen av ketonkroppar ökar à leder till acidos.
o Symtom: sänkt plasmavolym (urineringen), blodtrycksfall, försämrad genomblödn. i hjärna à död.
Typ-2-diabetes: resistens mot insulin. ”Fetmadiabetes”.
o Metabolisering av glukos sker inte på en normal tid.
o Kan bero på nedreglering av insulinreceptorer.
o Överviktiga småäter à konstant insulinsekretion à receptorerna nedregleras à insulinresist. utv.
o Krävs att insulinproduktionen minskar för att få typ-2-diabetes.
§ Konstant cirkulation av fettsyror minskar insulinproduktionen från β-cellerna!
o Orsakar dock ingen acidos eller ketonkroppsbildning, som i typ-1 diabetes.
o Lindrigare symtom.
Glukagon frisätts vid fasta
o Peptidhormon från α-celler i pankreas.
o Frisätts vid fasta.
o Motsatta effekter än insulin.
o Frisätter energisubtrat – ger en stegring av glukos och fettsyror i cirkulationen.
o Sker genom en stegring av cAMP i målceller.
§ Glykogennedbrytning, glukoneogenes, nedbrytning av triacylglycerol.
o Aktiverar enz. Glykogenfosforylas & HKL.
o Glukagon frisätts vid låg blodglukoshalt.
o Frisätts även vid aktivering av sympatiska nervsystemetà frisätter glukos inför situation av stress.
Vid kortvarig fasta ativeras sympatiska nervsystemet
o Adrenalin frisätts & sympatiska nervsystemet aktiveras.
Sammanfattning av cellbiologi – TP1MH1
Delkurs 1010 - Kemi/Cellbiologi
Cellbiologi, Upplaga 2:4
Erlanson-Albertsson & Gullberg
ISBN 978-91-44-04738-6
Enligt gällande kursplan VT-13!
Vecka 1 – Grundläggande kemi
Tänder
- Skyddas av emalj. 2mm tjock, 98% hydroxyapatit. Pendlar mellan löslig & utfälld form.
- Saliv innehåller kalcium- & fosfatjoner à remineraliserar emaljen.
- o Streptococcus mutans: kariesbakterie.
- § Använder suckros mha enz.dextransukras à bildar en klibbig polysackarid à klumpar ihop och adherar till tandytan à plack.
- § Bildas även mjölksyra à pH sjunker à hydroxyapatit löses upp à kavitet.
- o Buffert: motverkar koncentration av vissa joner i lösning. Motstå förändringar i pH.
- § Ta upp / släppa vätejoner.
- § Bikarbonat neutraliserar syror: HCO3- + H+ à H2CO3 à CO2 + H20
- § Koldioxid släpps ut. Vid tillräckligt mängd bikarbonat buffras allt.
- § Koncentration av bikarbonat styrs av salivflödeà ökar vid måltid.
- § Reglerar också pH i saliv och förhållande mellan pH, pK och ration mellan
- § pK = 6.1, där H2CO3 = 1.3 mMol/l och HCO3- varierar.
- § Vid låg salivproduktion (1 mMol/l): pH = 5.98.
- § Vid hög salivprodduktion (60 mMol/l): pH = 7.76.
- Fluor minskar emaljskador gen. att ta OH-joners plats à bilda fluorapatit (mindre lösligt än hydroxyapatit).
- o Hjälper till vid remineralisation. Drar till sig Ca-joner och fluorapatit integreras i emaljen.
- o Minskar lösligheten av hydroxyapatit.
- o Visar vikten av att kontinuerligt tillföra fluor i låga koncentrationer.
Organisk kemibikarbonat / kolsyra, enligt Henderson-Hasselbach ekvationen:.
- Studiet av kolhaltiga ämnen.
- A = Z + N. A = masstalet. Z = antalet protoner. N = antalet neutroner.
- o Isotop – olika antal neutroner à varierande N.
- Bohrs atommodell – elektroner i banor runt kärnan. K = 2. L = 8. M = 18.
- Ju fler eleketroner i yttre skalet, ju större chans att ta upp elektroner från omgivningen.
- Ädelgaser har sitt yttersta skal fullt à inte reaktionsbenägna.
- Periodiska systemet
- o Samma grupp – liknande egenskaper. Samma antal valenselektroner.
- o Samma period – antalet fulla elektronskal.
- Elektroner har egentligen en tydlig vågnatur – ej som Bohrs atommodell.
- o Elektr. vågrörelse utrycks i vågekv, Ψ, med en vågfunktion för varje tillstånd hos elektronen.
- o Shrödingerekvationen / vågekvationen.
- o Ψ2 – sannolikheten att hitta en elektron på ett speciellt ställe. Ger orbitaler.
- o Orbitaler med lägst energi fylls först med oparade, därefter med motsvarande parade elektroner:
- o Storleken på elektronmolnet beror på huvudkvanttalet (n), bikvanttalet påverkar formen s.
- § Kan ha olika former – tex hantelformad.
- Jonbindningar: pos laddning hos en kärna får en elektron att gå över till den atomen.
- o Ger en atom med positiv nettoladdning, en med negativ nettoladdning.
- o Elektrostatiska krafter förenar atomerna = skapar joner.
- o Gå vänster till höger i period à fler protoner à drar till sig elektroner mer à
- o Li Be B C N O F. Li mycket låg elektronegativitet, F mycket hög à F attraherar därför elektroner.
- o Joner har hög smältpunkt. Polära lösningsmedel löser bindningen à elektriskt ledande lösning.
- Kovalentbindning: elektronerna dras in mellan atomkärnorna
- o Attraheras av bägge kärnornas positiva laddning, atomer delar elektroner.
- o H2 H· + ·H à H:H eller H-H
Strukturteorià atomäraradien minskar à joniseringsenergi och elektronegativitet ökar.
- Struktur bestämmer ämnets egenskaper:
- o Vilka atomer, hur de är sammanbundna, elektroneg. , struktur i 3D.
IsomeriPolymerer
Radikaler
- Atomer, molekyler eller joner med oparade elektroner (elektroner brukar ju vara i par – 2 o 2).
- Kortlivade, reaktiva ämnen.
- Sökar att para sin oparade elektron, ofta genom att plocka upp en vätenatom från ett annat ämne:
- o X• + H : R à HX + R•
- Vanligt är peroxider, de innehåller en svag O-O bindning och bildar lätt radikaler:
- R-O-O-R à 2R-O•
- Homolys av kovalenta bindningar till ämnen med oparade elektroner: A : B à A• + B•
- o Energi måste tillföras genom tex värme eller ljus för att detta ska hända.
- Fördelar med radikaler: biologiska försvar (vita blodkroppar), kan användas för att skapa polymerer.
- Nackdelar med radikaler: cellskador, kroniska sår, DNA-skador, ROS.
- ROS = reactive oxygen species. Små molekyler (t.ex. syre), fria radikaler, samt peroxider.
- o Försvar mot ROS: enzymer som superoxid dismutas och katalas. Även antioxidanter.
- o Fria syreradikaler + H à Syre + Väteperoxid
- Fett exponeras för syre à dubbelbindning klyvs under bildning av korta, flyktiga, illaluktande fettsyror.
- o Dubbelbindningen kan även bilda fria radikaler (oparade elektroner).
- § Orsakar cancer, ådersförkalkning och missbildningar.
- Skydd mot radikaler
Alkanerperoxid värme radikal
superoxid dismutas
- Enklaste organiska molekylerna, innehåller endast C och H. Vanligt i bränslen och oljor.
- Funktionell grupp : alkyl-. Generisk formel: CnH2n+2
- Lågpolär molekyl. Endast svaga intermolekylära krafter à låg smält- och kokpunkt, låg löslighet i H2O.
- Cykloalkaner: 3 eller fler C-atomer. Generisk formel: CnH2n .Cyklopropan C3H6. Vanligt i steroider.
Alkenersdsd
- Omättad funktionell grupp, dubbelbindning. Generisk formel: CnH2n .
- Ofta i cis/trans. Bränslen, oljor.
- Relativt stabila, dock mer reaktiva än alkaner pga. π-bindningen (dubbelbidningen).
Alkyner- Alltid linjära – ej i cis/trans. Generisk formel: CnH2n–2 .
- Mer reaktiva än alkaner & alkener pga. trippelbindning.
Arener och aromater- Stabil struktur med dubbelbindningar. Besläktat med alkener. Ringstruktur.
- Bensen: Arener är kolväten baserade på bensen.
- Aromater – extra stabilitet i sina π-bindningar à elektroner delokaliseras över alla C-atomer.
- Naftalen, morfin, lingin i växternas cellvägg.
Alkohol- -OH. Prefix: hydroxyl-. Suffix: -ol.
- Relativt hög smält- o kokpunkt. Mycket löslig i vatten tack vare OH-gruppens polaritet.
- Diol: 2 st OH-grupper. Polyalkohol. Mycket vattenlöslig. Hög smält- o kokpunkt.
- Thiol: -SH grupp. Prefix: mercapto-.
- Svavelanalog till alcohol: liknar alkohol. Bindning till S som är mycket svagare än bindningen till O.
Etrar- R-O-R. Lösningsmedel. Som polymer i kosmetika, tandkräm, smörjoljor mm.
Aminer- Primär: R - NH2. Sekundär: R2 - NH. Tertiär: R3 - N.
- Aromatiska aminer. Amfetamin & dopamin. Biologi: aminosyror, signalsubstanser.
Aldehyder & ketoner- Aldehyd: RCOH
- Keton: RCOR
- Sockerarter (glukos), smak- och luktämnen.
Karboxylsyror- COOH. Karboxylsyra, fettsyror. Ättiksyra.
Estrar- COOR. Ester, smakämnen, lukter. Framställs genom reaktioner med alkohol.
Amider- Bildas genom reaktion av karboxylsyra + amin (alternativt ester + amin).
- RCONH2, RCONHR, RCONRR.
- Peptidbindning är ett specialfall av en amidbindning mellan en karboxylsyra och en amin.
- Urea, gödningsmedel, cigaretter.
Vecka 2 – Cellens byggstenar – Kap 2-52. Kolhydrater – 23-33
- Kolhydrater ingår i: ECM, cellväggar hos bakterier, ”klister” mellan celler, signalmolekyler.
- Trioser – 3 C.
- Pentoser – ribos (RNA), deoxyribos (DNA). Aldehyd.
- Kolhydrater är polyhydroxyaldehyder eller ketoner
- o En eller flera hydroxylgrupper + aldehyd- eller ketogrupp.
- o Empirisk formel: (CH2O)n.
- o En del innehåller kväve, fosfor, svavel.
- o Tre huvudklasser: mono-, oligo- och polysackarid.
- § Mono = polyhydroxyaldehyd eller keton. Vanligast glukos (6C).
- § Oligo = 2-10 st monosackaridenheter. Disackarider förekommer fria.
- 3+ monosackaridenheter = bundna till större molekyl.
- § Poly = 9000+ monosackarider. Raka eller grenade kedjor.
- Monosackaridern är de enklaste kolhydraterna
- o Aldoser eller ketoser med hydroxylgrupper. Glukos & fruktos – 6C & hydroxylgrupp.
- o Färglösa kristaller, hög löslighet i vatten. Söt smak.
- o C-atom (binder aldehydgrupp i en aldos eller ketos) är asymmetrisk à binder 4 substituenter.
- § Ger upphov till olika stereoisomerer.
- o Ogrenad. Enklaste är glyceraldehyd. Fig 2.2. Bildas asymmetri i andra kolet!
- o Aldoser – karbonylgrupp i ändstående C-atom. Fig 2.1.
- o Ketoser – karbonylgruppen sitter i kedjan.
- Monosackarider har asymmetriskt centra
- o Optiskt aktiva isomera former. D- och L-form (entariomerer).
- o OH-grupp till höger = D-form. OH-grupp till vänster = L-form. Fig 2.2.
- o Naturligt förekommande sockermolekyler är i D-form.
- o Antalet stereoisomerer = 2n där n = antal asymmetriska kol.
- § Hexoser: 24 olika stereoisomerer. 4 asymmetriska C-atomer.
- Monosackarider förekommer i cykliska former.
- o Glukos i vattenlösning à ringstruktur (pyranos). Karbonylgrupp binder till syre. Fig 2.3.
- o Bildas α- och β-glukos. Anomerer, med karbonylkol som den anomera kolatomen.
- o Sker endast på aldoser med fler än 5 C-atomer.
- o Fruktos à furanos.
- Stort antal derivat av hexoser
- o OH-grupp ersatts/oxiderats till en karboxylsyra.
- o Glukosamin – OH-grupp ersatt med aminogrupp. Fig 2.4.
- o Uronsyra – C-atom sex oxideras à COO–
- Monosackarider är reducerande
- o Kan oxideras. Karbonylkol à karboxylsyra. Oxidationsmedlet reduceras.
- § Sockerarter som kan reducera Fe- & Cu-joner kallas reducerande.
- § Fehlings prov. Förekomst av reducerande sockerarter. Diagnotisera diabetes.
- Disackarider innehåller en glykosidbindning
- o Binder ihop två socker. Sker under vattenutträde. Fig 2.7. O-glykosid.
- o N-glykosid: kondenserat ihop med aminogrupp. Finns i nukleotider (adenosin) – Kap 17.
- o 3 vanliga disackarider - Fig 2.7:
- § Maltos: α-1-4-bindning. Bildas vid nedbrytning av stärkelse.
- § Sackaros: α-1-4-bindning. Bildas av glukos & fruktos. Hos växter.
- Ej någon fri anomer C-atom (som i maltos)
- o Ty bunden till C1 i både glukos & fruktos.
- § Laktos: β-1-4-bindning. Galaktos & glukos. Modersmjölk.
- o Mono- & disackarider är söta. Fruktos sötast, laktos minst sött.
- § Receptor på tunga är en ficka à binder till polär del av sockermolekylen samt
- Polysackarider
- o Även kallat glykaner. Homopoly = en sorts monosack. Heteropoly = mer än en sort.
- o Homopoly kan vara upplagringsform för energi (stärkelse, glykogen). Även cellulosa.
- o Heteropoly ingår i ECM som håller samman celler i en vävnad. Hyaluronan (brosk, senor).
- § Bildar stora aggregat med proteiner (proteoglykaner) – i ledvätska (smörjande funktion).
- o Enzymers aktivitet bestämmer storlek på polysackarider.
- Stärkelse och glykogen ger energi
- o Stärkelse – upplagringsform för glukos i växter. ICM i granula.
- § Hydratiserad pga många OH-grupper.
- § Amylos (ogrenad, D-glukos i α-1-4) och amylopektin (grenad, α-1-6 i var 30:e glukos).
- Fig 2.8.
- o Glykogen – upplagringsform för glukos hos djur. Lever & muskler.
- § D-glukos i grenad molekyl av både α-1-4 och α-1-6 i var 10:e glukos.
- o Degradering av stärkelse & glykogen sker snabbt pga de fria ändarna.
- o Pga osomotiska förhållanden lagras glukos i stärkelse & glykogen.
- § De är olösliga à påverkas ej av osmotiska förhållanden. Det gör glukos i ren form.
- o Hydrolyseras av enzymet α-amylas (saliv & tarm).
- Cellulosa är en strukturell polysackarid
- o Vattenolöslig polymer. Cellväggen hos växter. Rak ogrenad kedja av D-glukos i β-1-4 bindning.
- § Ger en struktur där varje glukosmolekyl vrids 180 i förhållande till sin granne.
- Ger en rak utsträckt kedja – Fig 2.9.
- § Flera polysackarider parallellt, stabiliserade mha. vätebindningar.
- § Hydrolyseras av enzymet cellulas (hos växter & idisslare).
- § Kitin är en variant av cellulosa.
- Heteroglykaner finns extracellulärt
- o Gelliknande subst. av heteroglykaner (glukosaminoglykaner) & fibrösa proteiner (kollagen).
- o Heteropoly uppbyggda av repeterande disackarider.
- § En är alltid en form av amin. Den andra ofta uronsyra. Ofta esterifierad med sulfat.
- Sulfat + OH-grupper i uronsyra à neg. laddn. à utsträckt form à viskös lösning.
- o Hyalunoran – ledvätska. Gelélik konsistens.
- o Bakteriecellvägg. Lipopolysackarider (LPS) kan stimulera flera celler i immunsystemet.
- Proteoglykaner består av protein och heteropolysackarider
- o Organiserar vävnader, påverkar celltillväxt, mognad hos en vävnad.
- o Mest kolhydrater.
- o Tre typer:
- § I basalmembran – perlecan.
- § I ECM & interagerar med hyaluronat – aggrecan.
- § Små leucinrika proteoglykaner – decorin.
- o Uppbyggnad: central proteinkidja där heteropolysackarid binder in – Fig 2.10.
- Glykoproteiner är proteiner med kovalent bundna kolhydrater
- o Oligosackarider kovalent bundna till proteinet – Fig 2.11.
- o Mest proteiner.
- o Oligosackarider kan finnas för att sträcka ut & exponera protein för interaktion.
- § Mer resistent mot proteolys & mindre vattenlöslig.
- o Stor variation – kombinera monosackariden på många olika sätt.
- o Membran- & pankreasproteiner.
- o Glykoforin i röda blodkroppar – förhindra aggregation av röda blokroppar i cirkulationen.
- Oligosackarider fungerar som adresslappar
- o I Golgi-apparaten.
- o Även för att bestämma ”livslängd” hos protein. Sialinsyra avgör hur länge ettt protein cirkulerar.
- § Försvinner sialinsyra à lever plockar upp proteinet à proteinet bryts ned i lysosomen.
- Bakterier fäster till kolhydratstrukturer
- o Via lektinstrukturer (kolhydratbindande protein). Finns läkemedel som tränger bort bindningen.
- Nukleinsyror – kvävebaser (aromatiska hexoser).
- Fosfater – ATP, ADP, AMP.
- Riboser – fosfat + baser. R + F + B = DNA, RNA.
- Alkohol à aldehyd à keton à karboxylsyra à etrar à fosfat.
3. Fetter – 33-43den hydrofoba ringstrukturen.
- Form av energi. Cellmembraner. Hormoner. Intracellulära signalsubstanser. Elektronbärare.
- Innehåller kraftigt reducerade fettsyror à ger mycket energi vid oxidation.
- Fettsyror: kolvätekedjor & karboxylgrupp – Fig 3.1.
- Mättade – enkelbindning. Omättade – en / flera dubbelbindningar.
- Nomeklatur: C18:2 Δ9,12– Linolensyra. 18 C. 2 dubbelbindningar mellan 9-10 och 12-13.
- o Även en nomeklatur där man utgår från sista kolatomen ω (omega) – Fig 3.2.
- § Omega-3 höjer fettförbränning. Anti-inflammatoriska.
- § Omega 6 pro-flammatoriska.
- Fetter har inte konjugerande dubbelbindningar (varannan enkel, varannan dubbel). Ofta i cis-ställning.
- Längre fettsyra à mer svårlöslig i H2O. Dubbelbindningar ökar lösligheten.
- COOH-gruppen är polär à korta fettsyror är vattenlösliga.
- Smältpunkt påverkas av antalet C & grad av mättnad à mättade fasta i rumstemperat. Omättade flytande.
- Utsräckta, mättade formen hålls samman med vDw-krafter.
- Cis-ställn i omättade ger knyckar à packar sig ej lika tätt som mättade à svagare krafter à lägre smältpkt
- Förekommer i triaglycerol (fettsyra bunden i esterbindning) och fosfolipider (fettsyra i amidbindning).
- Triaglycerol består av fettsyror och glycerol
- o Kallas även triglycerider & neutralfett. Glycerol förestrad med tre fettsyror – Fig 3.3.
- o Enkla: tre identiska fettsyror. Blandade: två eller tre olika fettsyror.
- o Ingen laddning, låg polaritet. Olösliga i H2O.
- o Ger energi: adipocyter (fettceller) har en kärna utträngd mot plasmamebran tsm. med fettdroppe.
- § Mest konc. formen av energi pga:
- C-atomer är mer reducerade än i kolhydrater
- Triacylglycerol har en hydrofob karaktär.
- § Energiförhållande 5:1 mot kolhydrater.
- § Bruna fettceller används till värme istället.
- o Hormonellt aktiva – reglerar blodtryck, aptit, fertilitet.
- o Cytokiner reglerar inflammatoriska reaktionen i kroppen.
- o Värmeisolerande.
- Tvål bildas vid alkalisk hydrolys
- o Triaglycerol behandlas med alkali à bryts ner till glycerol & fettsyror.
- Lipaser spjälkar fetter
- o Tarmkanalen. Fettceller. Bakterier.
- Vaxer är estrar av långa fettsyror
- o Tillsammans med alkoholer. Högre smältpunkt än triacylglycerol. Vattenavstötande.
- Amfifila lipider interagerar med vatten – Fig 3.5
- o Amfifila = interaktion med vatten.
- o Miceller – sfäriska partiklar. Hydrofob del inåt och polära utåt.
- o Dubbelskikt – fosfolipider och sfingolipider. Cellmembran.
- o Liposom – sfärisk partikel avgränsad av ett dubbelskikt.
- Fosfolipider är den vanligaste membranlipiden
- o I biologiska membraner. Deltar i transport, sekretion och signaltransduktion.
- o Glycerol + 2 fettsyror + fosfatgrupp + polär alkohol – Fig 3.6a.
- o Negativt laddade vid pH 7 pga fosfatgruppen. Alkoholen är positivt/negativt laddad.
- o Fosfatidinsyra – basmolekyl för alla fosfolipider.
- o Oftast är fettsyran i ytterställning mättad och den i mellanställning omättad.
- o Skillnad mellan olika fosfolipider finns i alkoholen X.
- Fosfolipaser bryter ner membranfosfolipider – Fig 3.6
- o Fosfolipas A klyver bort en av de 2 fettsyrorna à lysofosfolipid bildas.
- § Därefter avlägsnas den sista fettsyran av lysofosfolipaser.
- o Fosfolipas C klyver fosfatbindningen à diaglycerol + polär fosforylerad grupp.
- o Fosfolipas D klyver bort alkohol à fosfatidinsyra bildas.
- o Både produkterna av fosfolipas C & D är aktiva signalmolekyler.
- Plasmalogen är en fosfolipid med en eterbindning
- o Istället för esterbindning.
- o Hjärtats cellmembraner - eterbindningen kan vara berättigad pga motstånd mot fosfolipaser.
- Sfingolipider (från sfinx = gåtfull)
- o Ingår i cellmembraner som membranlipider. Intracellulära signalmolekyler.
- o AB0-system (blodgrupp) bygger på dessa.
- o Alkohol sfingosin + fettsyra + ngn polär grupp – Fig 3.7.
- o Fettsyran & sfingosinet bildar tsm en ceramid (motsv. diaglycerol hos fosfolipid).
- § Hämmar celltillväxt, stimulerar apoptos. Reglering av kroppens immunsystem.
- o Skillnad mellan olika sfingolipider: polära gruppen på sfingosinets OH-grupp.
- § 3 typer:
- Sfingomyelin: X = fosfokolin. Liknar fosfolipid.
- o I plasmamembran & i myelin (omger neuroner)
- Glykolipid – en/flera sock.mol. Cellmembranets utsida.
- Gangliosid – mest komplicerade. Stora polära grupper med många sockermol.
- o Finns i den grå substansen i hjärnan!
- Kolesterol finns i cellmembraner
- o Steroler = strukturella lipider i eukaryota cellmembraner.
- o Steroidkärna består av fyra ringar: 3 ringar med sex kolatomer, 1 ring med 5 – Fig 3.8.
- o Testosteron, cortison, östrogen.
- o Prekursormolekyl. Gallsalter (fungerar som detergenter i tarmen) och steroidhormoner.
4. Proteiner – 43-61- Utgör 50% av en cells torrvikt. Vanligaste makromolekylen.
- Enzymer, hormoner, immunoglobuliner, transportmolekyler.
- Vad består proteiner av?
- o As. Bundna till varandra.
- o Aminogrupp + karboxylgrupp + grupp R, bunden till kolatom (α-kolet) – Fig 4.1.
- o Vid pH 7,0 finns joner med minusladdning (COO-) och plusladdning (NH3+).
- § Dipolära / zwitterjoner.
- § Sur lösning: COOH & NH3+ (joniserad).
- § Alkalisk (basisk) lösning: COO- (joniserad) & NH2.
- o α-kol är asymmetrisk & finns i D- & L-form. Alla biologiskt förekommande proteiner inneh. L-as.
- o Fig 4.2.
- o Hydrofoba (glycin, alanin, valin, leucin, isoleucin, prolin) & hydrofila as.
- § I de hydrofoba finns också aromatiska as (fenylalanin, tyrosin, tryptofan).
- Innehåller delokaliserade elektroner à absorberar energi i form av ljus.
- o Cystein innehåller svavelbryggor à håller ihop proteinets rymdstruktur.
- o Hydrofila as. är laddade/oladdade.
- § Laddade: lysin, arginin, histidin, asparaginsyra, gluatminsyra.
- § Oladdade: serin, treonin.
- Peptidbindning länkar samman as i ett protein
- o Sker under utträde av vatten – Fig 4.4
- o Kräver energi (endergon). Sker på ribosomen under translationsprocessen (Kap 19).
- o Enligt instruktion från mRNA. Riktning med N-terminal först, C-terminal sist.
- o As-sekvens i ett protein avgör dess 3D (konformation) och funktion.
- § Konformationen kan ändras (rotation av enkla bindningar).
- § 1 konformation som dominerar (nativ) – termodynamiskt mest stabila (lägsta fria energin).
- Domäner – strukturella enheter med en särskild funktion.
- o Protein kan ha flera domänder med skilda strukturer.
- Proteiner kan denatureras – pH, saltkoncentration, temperatur orsakar förändring i struktur.
- Fyra nivåer av proteinstrukturer – Fig 4.5
- o Primärstruktur – sekvensen av as och läget av svavelbryggor.
- o Sekundärstruktur – återkommande strukturer av närliggande as. i polypeptidkedjan.
- § α-helix, β-konformation, random-coil (β-turn).
- o Tertiärstruktur – 3D, rymdstruktur.
- o Kvartärstruktur – interaktion mellan subenheterna i ett multimert protein.
- Sekundärstruktur - α-helix förekommer ofta i proteiner
- o Vanligaste högervridande. 3,6 as / varv – Fig 4.6.
- o Keratin 100% α-helix. Globulära proteiner innehåller 25% a-helix.
- o Hålls ihop av vätebindningar mellan väteatomen i kväve & karbonylkol – Fig 4.6.
- o As & de närliggande as avgör om det ska formas till en α-helix.
- § As med små sidogrupper = bildar gärna α-helix (alanin, glutaminsyra, glycin).
- o Närliggande as kan ej ha samma laddning à repellerar varandra.
- § Måste vara olika laddning (jonbindning). Alternativt 2 aromatiska as (hydrofoba).
- Sekundärstruktur – β-konformation bildar en utsträckt struktur
- o Parallellt belägna polypeptidkedjor i zig-zagmönster – Fig 4.7.
- o Sammanhålls av vätebindningar mellan peptidbindningar i närliggande polypeptidkedjor.
- o Parallella (N-terminal först). Antiparallella (C-terminal först).
- o Tillåter större sidogrupper än α-helix à as med stora sidogrupper bildar ofta β-konformation.
- § Isoleucin, valin, tyrosin, fenylalanin.
- Sekundärstruktur – β-turn bildar en abrupt svängning
- o Kallas även random coil. Glycin, prolin.
- o Peptidkedjan vänder 180 och formas av 4 as, sammanhållna av vätebindning mellan 1:a och 4:a as.
- o Prolin bildar i cis-form en tvärvändning – Fig 4.8.
- o Finns ofta nära ytan av ett protein eller i vändpunkt av en β-struktur.
- Tertiärstruktur – konformation stabiliseras av svaga interaktioner
- o Vätebindningar, hydrofoba bindningar, jonbindningar och vDw-krafter.
- o Hydrofoba dominerar – drivande kraften är vattnets hydrofoba effekt.
- § H2O slipper strukturera sig kring hydrofoba mol. pga att dessa buntar ihop sig till varandra.
- o Proteinkristallation – bestämma läget av atomerna i ett protein. Bildas ett diffraktionsmönster.
- Polypeptider veckar sig stegvis
- o Ett prot med 100 as tillverkas på 5 sek vid 37 C.
- o Veckningen tar tid.
- § Sker efter bestämt mönster med sekundärstruktur & tertiärstruktur som utgångspunkt.
- o Hydrofoba interaktionen drivande kraft.
- § Svavelbryggor används även vid små proteiner, ty hydrofob interaktion svag.
- o Chaperoner (speciella prot., Kap 11 & 12) hjälper också. Katalyserar bildande av svavelbryggor etc.
- § Vid cellstress behövs fler chaperoner.
- o Alzheimers beror på felveckade proteiner. Felveckningen kan fortplanta sig.
- Sambandet mellan struktur och funktion
- o Strukturen är anpassad till funktionen enligt ett darwinistiskt tankesätt.
- o Enzymer & transportproteiner bildar globulära strukturer.
- o Receptorer fästa i cellmembran har en transmembranär domän
- § Ändar dels till utsidan för interaktion med ligand
- § Dels till insidan för intracellulär signalering – Fig 16.3.
- o Strukturella proteiner bildar fiberstrukturer.
- § Kan ses i prot i cytkoskelett (aktin, tubulin) – Fig 13.1, 13.2, & i ECM (kollagen) – Fig 4.14.
- § Fiberstrukturer kan bildas genom:
- Polymerisation av små proteineheter (aktin, tubulin).
- o Intracell proteiner som snabbt behöver bildas & brytas ned under celldeln.
- Repeterande as-sekvenser bildar en lång peptidkedja.
- o Kollagen som stabiliserar ECM och därmed måste vara stabil struktur.
- Proteiner kan vara transportmolekyler
- o Ofta vattenlösliga & bildar kompakta strukturer. Albumin – transporterar fettsyror.
- o Enkelcellig aerob organism får syre genom diffussion från omgivningen.
- § Sker även i större organismer. Fisk genom gälar, däggdjur genom lungor.
- o Syret måste transporteras runt i kroppen, detta görs mha proteinet hemoglobin.
- o Myoglobin lagrar syre i vävnader tills det ska användas.
- Myoglobin finns i skelettmuskler
- o 8 α-helixregioner med random coil.
- o Hydrofoba as håller ihop proteinet i dess inre, hydrofila as. finns på ytan.
- o Hem-gruppen (binder syre) finns i en ficka, omsluten av myoglobinet.
- § Behövs hydrofob miljö för syrebindn. àKarb.grupp mot ytan, hydrofoba sidogrupper inåt.
- Kommer vatten in oxideras järnjonen och syre kan ej binda in.
- § I centrum finns en järnjon som hålls fast av sex ligander:
- 4 är kväveatomer. Femte är histidin. Sjätte är reserverad för syre.
- § Kolmonoxid binder också till hem. Drygt 1% är ockuperade av denna.
- o Bindningskurvan är formad som en enzym-subtratsmättnadskurva – Fig 4.10.
- Hemoglobin består av fyra ”myoglobiner”
- o Består av 2 α- och 2 β-subenheter – Fig 4.9.
- § Varje subenhet liknar myoglobin och kan binda syre.
- o Hemoglobin & myoglobin härstammar båda från en och samma globin-gen.
- o Bindningskurvan är S-formad – Fig 4.10.
- § Pga att bindning av en hememolekyl till hemoglobin underlättar nästa à kooperativitet.
- o Lågt syrgastryck à binds liten mängd.
- o Syrgastryck överstiger gränsvärde à inbindningen ökar markant.
- § Pga att syret inducerar en konformationsändring.
- § Järnjonen med histidinet dras ner mot porfyrin-ringen à
- 2,3-bifosfoglycerat minskar affiniteten mellan syre och hemoglobin
- o 2,3-BPG binder in till hemoglobinet à inbindning av syre hämmas.
- o Foster har annat hemoglobin: HbF, med färre platser för 2,3-BPG à större affinitet för syre.
- Minskning av pH sänker affiniteten för syre
- o Bohr-effekten: koldioxid gynnar att syre avges från hemoglobin.
- § Olika gruppers laddn i hemoglob ändras à konformationsändr à syret dissocierar lättare.
- o Höjning av pH ökar istället affiniteten för syre. Sker ju bl.a. i lungorna.
- Vid sickelcellsanemi är en as i hemoglobin felaktig
- o Vanlig bland svart befolkning. Röda blodkropparna har en halvmåneform istället.
- o Blodkropparna är ej stabila & har en kort livslängd.
- o Sjukdomen beror på homozygot nedärvning (från båda föräldrarna).
- o En as är felaktig à hemoglobinet kristalliseras à kan ej binda in syre.
- o Anlaget finns i heterozygot form hos 20% av befolkningen i Afrika.
- § Malaria behöver ”friskt, vanligt” hemoglobin à anlaget är således en fördel mot malaria.
- Proteiner kan vara receptorer
- o Receptorer för signalmolekyler: såsom hormoner, tillväxtfaktorer och neurotransmittorer.
- o Kan vara membranbundna, G-proteinkopplade (Kap 16).
- o Cytoplasmatiska – nås genom att signalmolekylen diffunderar in genom plasmamembranet.
- § Glukokortikoidrecept. Ligand- och DNA-bindande. DNA-bindning påverkar genexpression.
- Proteiner kan ha en strukturell uppgift
- o Intracellulärt förekommer de som cytoskelett. Stabilisera & bilda kontakt med andra celler.
- o I ECM finns protein med uppgift att stabilisera vävnad & förmedla kontakt med omgivning.
- § Bla. kollagen och fibronektin.
- Kollagen bildar ett stabilt nätverk extracellulärt
- o Stabliserar vävnad. Förekommer i bindväv (senor, brosk). Ger draghållfasthet.
- o Består av 3 polypeptidkedjor som bildar trippelhelix kallad tropokollagen.
- Tropokollagen stabiliseras av prolin
- o Kedjorna i tropokollagen hålls ihop mha vätebindingar.
- o Stabil struktur. Smältpunkt relaterad till mängden hydroxyprolin.
- Kollagen syntetiseras som prokollagen
- o Prokollagen är större än kollagen. I ändarna finns propeptider som håller samman kollagenkedjor.
- o Prokollagen aktiveras extracellulärt och inducerar fiberbildning.
- o Ehler-Danlos syndrom: ingen prokollagenakt à defekt fiberbildning à skört & hyperböjligt kollagn
- Hur ser en kollagenfiber ut?
- o Tropokollagenmolekyler sitter efter varandra i parallella rader – Fig 4.14a.
- § Sidoförskjutna – kollagenstrukturen är därför ”randig” i elektronmikroskop.
- o Tropokollagenmolekylen stabiliseras av kovalenta tvärbindningar.
- Fibronektin förmedlar cellens kontakt med omgivningen
- o Består av 2 proteinkedjor, sammanlänkade i ena änden av en svavelbrygga – Fig 4.15a.
- o Långsträckt protein, innehåller domäner som var och en binder till vissa molekyler.
- § Tex. Binder N-term och C-term av fibronektin till fibrin.
- § Gör att fibronektinet kan dra till sig fibroblaster och annat för att reparera skadat kärl.
- o Binder till en receptor kallad integrin i cellens plasmamembran.
- o Förmåga att få celler att vandra under fosterutvecklingen.
- § Sker genom att fibronektin binder till celler via integriner och kollagen.
- § Cellerna förflyttar sig då längs kollagenfibrerna.
- Prioner är självreplikerande proteiner
- o Bildar mall för andra proteiner som ”härmar” prionernas struktur.
- o Blir en upprepad proteinstruktur som fyller cellen och hindrar normal funktion.
- o Ligger bakom bla Creutzfelt-Jacobs sjukdom. Även galna kosjukan & Alzheimers.
5. Enzymer – 61-78à kommuniceras vidare till andra subenheter och gör det lättare för syre att bindas.
alloster reglering, kovalent modifiering och reglering av enzymsyntes
Vecka 3 – Cellens organeller – Kap 6-12
6. Cellmembranet – 81-89
- Proteiner, lipider, kolhydrater, kolesterol (gör membranet stelt).
- Flytande konsistens – tillåter lateral rörlighet och passage in/ut genom plasmamembranet.
- Membraner bildas av fosfolipider
- o Bimolekylärt skick i sk. liposomer, drivna av den hydrofoba effekten – Fig 6.1.
- Innehållet av protein och kolhydrater varierar för olika membraner
- o Bundet till fosfolipidmembranstrukturen finns proteiner & kolhydrater.
- o Proteinproportioner varierar. Hänger samman med membranets funktion.
- § Nervcellsmembran mer passiv roll, mest skydda överförandet av signaler à 20% i myelin.
- § Mitokondriemembranet innehåler enzymer och proteiner i el.trans.kedj. à 75% i mitkndr.
- o Kolhydraterna är assymetriskt fördelade.
- § Finns ffa på utsidan av plasmamembranet
- § Finns även på insidan av ER, Golgi samt i lysosomer.
- o Lipider i cellmembranet: fosfolipider, sfingolipider, kolesterol, glykolipider ochh kardiolipin.
- Membranproteiner
- o Vattenolösliga.
- § Perifera – Fig 6.2a. Löst bundna till membranet via polära/jonbindningar.
- Lätta att avlägsnas mha tex koncentrerade saltlösningar.
- § Integrala – Fig 6.2b. Förankrade i membranet genom en enkel kedja.
- Kan även gå igenom membranet flera ggr (G-kopplade receptorer).
- Enzym eller plasmamembranreceptorer kan vara förankrade via fettsyror.
- o Svåra att avlägsna. Behövs detergenter som löser upp membranet.
- Proteiner innehåller många hydrofoba as som interagerar med fosfolipiderna.
- Membraner är flytande
- o Lateral diffussion. Kan flytta sig ett halvt varv på några sekunder.
- o Proteiner kan också röra sig mha lateral diffussion.
- § Hormonrecept. ändrar konformatn vid inbindn. till membran àöverför sin signal till cellen
- o Vissa proteiner rör sig inte alls – fibronektinreceptor (förankrar cellen i ECM).
- Proteiner och lipider har en asymmetrisk fördelning i cellmembranet
- o ”Flip-flop” = diffussion av fosfolipider från en sida till motsatta.
- § Sker sällan, ty ej termodynamiskt gångbart.
- § Leder till asymmetrisk fördelning av fosfolipider à stora på utsidan, små på insidan.
- § Glykolipider befinner sig i det yttre lagret.
- o Membranfluiditet bestäms av 3 faktorer:
- § Längden av fettsyrorna som ingår i fosfolipiderna.
- § Förekomst av dubbelbindningar i fettsyrorna.
- § Närvaro av kolesterol – viktigaste faktorn för animala cellmembraner.
- Transport över cellmembranet
- o Barriärer mellan cellens in- och utsida. Reglerar även cellvolym, pH, jonkoncentration.
- o Membranpotential (laddningsskillnad) över cellmembranet – viktig för cellens kommunikation.
- o Hur transporteras ämnen över ett cellmembran?
- § 3 olika sätt:
- § Passiv diffusion – mha konc.gradienten. Fortgår så länge det finns konc.skillnad.
- § Passiv diffusion gäller små oladdade molekyler
- Gaserna syre, koldioxid, kväve diffunderar över lipidmembranet.
- Även små, oladdade, polära ämnen (etanol, urea).
- Stora oladdade polära molekyler passerar ej.
- Lipidmembranet ogenomträngligt för laddade molekyler, tex. joner.
- Passiva diffusionen bestäms av 3 faktorer:
- o Koncentrationsskillnaden över membranet – större konc.skilln. à större diffusionshastighet.
- o Diffussionskoeff. för ämnet - beror på lipidlöslighet à högre ger mer diffusion
- o Membranytans storlek.
- § Faciliterad diffusion – överförs ”medströms” konc.gradient mha transport/kanalprotein.
- Faciliterad diffusion för vissa polära molekyler (ex glukos).
- o Bestäms av:
- § Konc.skillnaden över membranet.
- § Mängden transportprotein.
- o Likt enzymsubtratinterakt. uppvisas en mättnad.
- § Finns ett Vmax och Km .
- § Aktiv transport – kräver energi (ATP eller jongradient) och transportprotein.
- Mot konc.gradient.
- Kallas även för pumpar, tex Na/K-pumpen.
- o Pumpar ut 3 Na+ mot två K+ mha hydroyls av ATP.
- o Aktivitet regleras mha fosforylering.
- o Fosforylerat à hög affinitet för K+
- o Defosforylerat à hög affinitet för Na+
- Uniport – ett ämne transporteras.
- Symport - 2 ämnen samma håll.
- Antiport – 2 ämnen åt motsatt håll.
- Stor familj av jonpumpar
- o Na/K, H/K (syrasekretn i magsäck) och Ca/ATPas (kalciumjoner i muskler).
- o Protonpumpar i lysosomer, endosomer, Golgiapparaten.
- § Reglerar receptormedierad endocytos genom att skilja receptor från ligand (Kap 15).
- § ATP-hydrolys driver inflöde av vätejoner.
- o Jonpumpar i mitokondrier.
- § Andningskedja åstadkommer protongradient över innermembran.
- § Stimulerar syntes av ATP genom protonkanalen F0 (Kap. 8).
- o Mediciner hämmar jonpumpar.
- § Omeprazol hämmar H/K och slår därmed ut saltsyrasekretionen.
- Vissa transporter drivs av jongradienter
- o Ofta Na+ som rör sig nerför en konc.grad. Tex vid upptag av glukos i tarmcellen.
- § Na+ och glukos i symport in i tarmcellen – Fig 6.8.
- § Na/K-ATPas pumpar ut överskottet på Na+.
- § Glukosen förs vidare till ECM via faciliterad diffusion.
- § Glukoset fångas upp av kapillärer i tarmcellen via passiv diffusion.
- Upptag av glukos
- o 2 typer av transportörer:
- § Glut-familjen: glukos tas upp mha faciliterad diffusion.
- Transmembranära proteiner.
- Insulin från pankreas fastnar på insulinreceptor à
- à Glukos transporters in à fosforyleras (konformation ändras) à stannar i cellen
- Röda blodkroppar, lever, pankreas etc.
- § Na-glukos-symport-familjen: aktiv transport.
- Tarmen och njuren.
7. Kärnan – 89-93- Största organellen i våra celler. Gener (i DNA) som innehåller våra arvsanlag. Olika proteiner.
- Kärnan omges av två membraner med porer
- o Inre (det egentliga kärnmembranet) och yttre (fortsättning på ER).
- o Kontakt m. cytopl. via kärnporer. Ringformade strukturer uppbyggda av nukleoporiner (proteiner).
- § Består av hundratals nukleoporiner. Kallas kärnporskomplex.
- § Kärnporer fästade i kärnfilamentet .
- Kärnfilamentet är membran som täcker hela insidan av inre kärnmembran.
- Ger stadga & form.
- o Genom kärnporerna sker aktiv transport
- § Proteiner i kärnan har bildats på fria ribosomer i cytoplasman.
- § Kärnlokaliseringssignalen – peptidsekvens av as som signalerar för kärnimport.
- Proteinet binder till importin.
- § Kärnexportsignaler. Proteiner binder till exportin.
- Kärnan innehåller DNA och proteiner som bildar kromatin
- o Histoner (pos. laddn) + neg. laddad DNA-mol = kromatin (Kap. 17).
- o Tätt packat heterokromatin & löst packat eukromatin (löst behövs för prot.syntes, mRNA-syntes).
- Syntes av rRNA sker i nukleoler
- o ”Ribosomfabrik”.
- o Transkription och bearbetning av rRNA.
- o Finns multipla kopior av rRNA-gener.
- § Transkriberas mha RNA-polymeras.
- o Ribosomen sätts ihop av rRNA + ribosomola proteiner à preribosomer à exporteras från kärnan.
- o Återstoden av kärnan utgörs av nukleosol/nukleoplasma.
- Bakterie saknar kärna
- o DNA finns med histoner i cytoplasman.
- o Transkription & translation sker samtidigt.
8. Mitokondrier – 93-99- Dubbelmembran som omgärdar matrix – Fig 8.1.
- Ansvarig för att producera energi & överföra denna i en användbar form.
- o Hjärtmuskler & hårt arbetande muskler har därför fler och större mitokondrier.
- Fyra processer äger rum (Fig 8.2):
- o Cellandning – elektronbärande proteiner. Producerar energi. Sker i innermembranet.
- o ATP-syntes – ADP à ATP mha enz. ATP-syntetas. Sker i innermembranet.
- o Citronsyracykel – ox. av acetyl-CoA (slutprodukt vid nedbrytning av glukos, fettsyror & as). I matrix.
- o Oxidation av fettsyror – B-oxidation. 2C-fragment avlägsnas från fettsyrekedja & oxideras. I matrix.
- Mitokondriens utseende
- o Avlång, cylinderformad organell. Diameter 0,5 – 1 µm.
- o Ytter- och innermembran. Intermembran (området mellan). Matrix (området centralt) – Fig 8.1.
- o Yttermembran – fosfolipidmembran med kanalproteiner.
- o Innermembran – ogenomträngligt. Förutom för protoner vid resp.kedja och ribosomers egna prot.
- § Hög andel av proteiner & fosfolipid kardiolipin (gör membranet ogenomtränglgt för joner).
- § Innehåller även proteiner som ingår i el.transp.kedjan.
- § Bildar en serie veck, kristae, som ökar innermembranets yta.
- Celler m. högt energibehov (tex muskel) innehåller mitokondrier med mkt kristae.
- o Matrix – här finns de enzymer som metaboliserar fettsyror & pyrodruvsyra à acetyl-CoA.
- § Även enzymer som oxiderar acetyl-CoA à CO2 i csc.
- Mitokondrier står för den oxidativa metabolismen
- o Förbränning av energisubtrat (fett och kolhydrat) mha syre.
- o Fett lagras som triacylglycerol.
- § Även triglyceriddroppar insprängda i muskelvänvad.
- § Vid behov hydrolyseras dessa mha hormonkänsligt lipas (HKL).
- § Frigjorda fettsyror transporteras in i matrix på mitokondrier.
- § Där oxideras de à bildas acetyl-CoA.
- o Kolhydrat lagras som glykogen i djur, stärkelse hos växter i särskilda granulae.
- § Granulae kantas av enz. som bygger upp / bryter ner glykogen.
- § Glukos oxideras via glykolysen till pyruvat àomvandlas till acetyl-CoA i mitokondrien à vidare oxidation i csc.
- o Csc ox. acetyl-CoA à CO2 + energi i form av elektroner.
- § Elektronerna överförs mha koenzymerna NADH & FADH2 till andningskedjan.
- § I slutet av andningskedjan reagerar eleketroner med syre & bildar H2O.
- § Bildas även energi i form av ATP genom oxidativa fosforyleringen.
- Elektroner transporteras från NADH eller FADH till syre
- o Tre steg:
- § NADH & FADH överför sina elektroner till koenzym Q eller ubikinon.
- Detta görs dock av olika enzymkomplex
- NADH anv. sig av enz. NADH-dehydrogenas (komplex I).
- FADH anv. sig av enz. Succinatdehydrogenas (komplex II) - Fig 8.4.
- § Elektronerna transporteras till cytokrom C mha komplex III.
- § Elektroner transporteras därefter till syre mha enz. Cytokromoxidas (komplex IV).
- o Under dessa steg förlorar elektronerna sin energi.
- o Protoner pumpas även från matrix till intermembranområdet.
- § à Bildas pH-gradient över innermembranet
- § à Bildas en potentialskillnad över innermembranet.
- Insidan neg.ladd. Utsidan pos.ladd.
- § Ovanstående gör att protoner strömmar tbx över innermembranet.
- § à Energi fås genom ATP-syntetas.
- Energin i protongradienten används för att tillverka ATP
- o ATP-syntetas består av en protonkanal (F0) och ett turbinliknande huvud (F1) - Fig 8.3.
- o Fångar upp protoner à driver motorn à ATP-syntes katalyseras.
- o Bildas max 3 ATP / NADH. 2 ATP / FADH2 (Kap 28).
- Urkoppling ger värme istället för ATP
- o Vissa hydrofoba svaga syror gör att ATP-syntetas bildar värme istället för ATP.
- o Urkopplande protein 1-5 – UCP1-5 - Fig 8.6.
- § Protoner vandrar tillbaka över innermembranet utan att passera ATP-syntetas - Fig 8.5.
- o Kan exploateras för att minska övervikt och typ 2-diabetes.
- Reglering av elektrontransporten sker via ATP-produktionen
- o Låg ATP-produktion à elektrontransport startar.
- o Hög ATP-produktion à elektrontransport stannar.
- Bakterier producerar ATP från olika ämnen
- o En del bakterier utnyttjar glukos à ox. till CO2 & H2O mha andningskedjan i cellmembran.
- o Anaeroba bakterier får energi från glykolysen.
- § ATP används då för att pumpa ut protoner & skapa en protonskillnad.
- o Vissa bakterier utnyttjar kväve eller svavel som slutlig elektronacceptor i andningskedjan.
- Mitokondrierna har eget DNA
- o Mitokondrier repdroduceras oberoende av cellens olika delningsfaser.
- o Har eget DNA som är cirkulärt.
- o Ägget har miljontals mitokondrier. Spermien ett tiotal.
- o Mitokondriellt DNA kodar för flera proteiner i cellandningskedjan:
- § NADH-dehydrogenas, cytokromoxidas (komplex IV).
- § Kodar även för tRNA, rRNA.
- o De flesta mitokondriella proteiner tillverkas av cellens ribosomer.
- § Transporteras in mha speciella signalpeptider (Kap 15).
- Mitokondriellt DNA överförs via modern
- o Spermien lämnar sina mitokondrier utanför det befruktade ägget.
- o Leder till att mitokondriellt DNA är oförändrat från generation till generation.
- o Muterar oftare än kärnans DNA.
9. Lysosomer – 99-100- Cellens återvinningscentral. Bryter ned makromolekyler för återvinning.
- o Åldrade molekyler eller organeller.
- 50-70% av cellens proteinnedbrytning sker i lysosomer.
- Bryter ned makromolekyler mha hydrolaser (spjälkar protein, fett, kolhydrat).
- o Dessa enzymer kallas ”sura hydrolaser” - verksamma vid pH 4-5.
- o Sura miljön upprätthålls tack vare en protonpump - Fig 9.1.
- Nedbrutna materialet sorteras & återanvänds av cellen.
- Vissa ej nedbrytbara slaggprodukter ligger kvar, tex. pigment.
- Material kommer till lysosomen via endocytos – Fig 9.2.
- o Bildas en tidig endosom à smälter samman med en pre-lysosom innehållande lysosomala enz. à bildas endolysosom: sorterar komponenter - vissa ska till cellyta, andra vidare till lysosomen
- Endocytos av LDL (low density lipoproteins) – Fig 9.2
- o LDL innehåller kolesterol, som behövs för cellens uppbyggnad.
- o LDL plockas upp av receptorer på cellytan.
- o Separation av receptor och LDL-partikel sker efter fusion med en tidig endosom.
- o Receptorn går tbx till plasmamembranet.
- o Kvarvarande LDL-partikeln löses upp i sina beståndsdelar i lysosomen och bryts ner.
- o Kolesterolet tas därefter tillvara i cellen.
- Autofagi – cellens egna makromoleykeler tas upp i lysosomen.
- o Material som ska degraderas omsluts av membran i cytoplasman à autofagi-vakuol à sammansmälter med endolysosomer eller pre-lysosomer.
- o Små rester av matrl efter degradation à ansamlas i cytopl. som små vesikler (residualkroppar)
- Fagocyter – specialiserade lysosomer för att avdöda bakterier & främmande mikrober.
- o Tar upp stora partiklar (tex hela bakterier) genom endocytos. Kallas fagocytos.
- o Innehåller speciella bakteriedödande proteiner i sina lysosomer.
- Försämrad lysosomal nedbrytning och sjukdom
- o Avsaknad av något lysosomalt enzym kan leda till att icke-degraderat material upplagras.
9. Proteasomer – 101à degradering av icke önskade komponenter i den mogna lysosomen mha lysosomola enz.
- Cylinderliknande proteinkomplex i cytoplasman och i nukleoplasman.
- o Liknas vid en köttkvarn.
- o Proteiner som ska degraderas förs in i ena öppningen à kommer ut som peptider i andra.
- Bryter ned gamla och defekta proteiner.
- Reglerar även cykliner (cellcykelns reglering) och transkriptionsfaktorer (Kap. 20).
- Ubikvitin – ett signalprotein som fäster till lysin i protein. Indikerar nedbrytning i proteasom.
10. Peroxisomer – 103-104- Organeller som innehåller oxidativa enzymer.
- Finns huvudsakligen i lever och njure.
- Sfäriska strukturer omgivna av enkelmembran.
- Scavenger – tar hand om fria radikaler.
- Enz. (typ II-oxidaser) använder syre för att bryta ner syrgasradikaler. Väteperoxid bildas – Fig 10.1.
- Väteperoxiden oxideras vidare mha enz. Katalas.
- o Reducerar väteperoxid till H2O mha små organiska mol. som etanol.
- § à Väteperoxid förstörs & syre bildas.
- o Katalas har högst katalytisk aktivitet i hela kroppen (bad-ass enzym).
- Energin frigörs som värme, inte ATP.
- Får sina proteiner från cytoplasman mha signalpeptider.
- Innehåller även systemet glyoxylatcykel – omvandlar fett till kolhydrat.
- o Finns bara hos lägre organismen. Ej hos däggdjur.
- Förlust av peroxisomfunktionen (tex att proteinerna inte hittar dit) kan leda till kliniska förändringar redan i embryonalutveckling à visar på vikten av att ha kvar peroxisomer.
11. Endoplasmatiska retiklet – 105-109- ER är en direkt fortsättning på det yttre kärnmembranet.
- Membranomslutet labyrintliknande system.
- Syntes av proteiner och lipider.
- “Smooth” ER (SER)
- o Saknar ribosomer.
- o Syntes av fettsyror, fosfolipider och kolesterol.
- o Membralipider bildas här. Utgångsmaterial är acyl-CoA och glycerolfosfat.
- § Sätts samman till fosfatidinsyra à hydrolyseras av fosfatas à diacylglycerolbildas à
- o Alla dessa reaktioner sker på cytoplasmatiska sidan av ER.
- o De bildade fosfolipiderna flyttas inte till motsatta sidan (flip-flop), ty det är energikrävande.
- § Transportproteiner (flippaser) förflyttar vissa fosfolipider till motsatta sidan.
- § Vissa fosfolipider stannar kvar på cytoplasmatiska sidan à asymmetrisk fördelning.
- o Avgiftningsreaktioner - viktigt i leverceller.
- § Cytokrom P450 omvandlar fettlösliga substanser till vattenlösliga produkter i urinen.
- o Glykogennedbrytning (Kap. 25) mha glukos-6-fosfatas.
- o Bildar vesikler (blåsor) av membran vilka innehåller proteiner.
- § Dessa kan vandra till Golgi för vidare behandling av proteiner eller direkt till cellmembranet för utsöndring.
- o Reservoar för Ca2+. Frisättning av Ca2+ från SER till cytoplasma vanligt svar på olika externa stimuli.
- § Kalciumjonen kan då förmedla signalen genom påverkan i cytoplasman.
- § Ca2+-ATPas pumpar därefter snabbt tillbaka kalciumjonerna in i SER.
- § I muskler startar kalciumjonerna muskelkontraktionen à mkt SER i muskelceller.
- Brukar kallas sarkoplasmatiskt retikulum i muskler.
- ”Rough” ER (RER)
- o Största delen av proteinsyntesen.
- § Proteiner som ska utsöndras från cellen, ingå i cellmemraner eller dirigeras till lysosomer.
- o Ribosomer bundna till membransida som vetter mot cytoplasman.
- § Peptider förs in i membranet eller in i ER:s lumen.
- § Syntetiserar alla sekretoriska proteiner (exporteras från cellen).
- Även transmembranösa priteiner i ER, Golgi och plasmamembran.
- o Transportvesikler innehållande nysyntiserat protein, för vidare transport till Golgi, knoppas av.
- o Proteiner som används i cytoplasma eller i kärnan bildas av fria ribosomer i cytopl. (ej i RER).
- o Importen till ER sker cotranslationellt – proteiner som syntiseras penetrerar ER-membranet under pågående syntisering!
- § ER-signalpeptid på proteinet avgör om det ska importeras eller ej - Fig 11.2.
- § Signal recognition particle (SRP) binder till signalpeptiden àmedierar bindning till SRP-receptor på ER-membran à hela ribosom (som synt. proteinet) binder till ER-membran.
- § Vid SRP-receptor finns en ER-por där signalpeptid och protein förs in i ER-lumen.
- § Signalpeptidas på ER-por klyver bort signalpeptid från proteinet.
- o Proteiner glykosyleras i RER
- § Transmembranösa och sekretoriska prot. glykosyleras som posttranslationell processning. Två sorter:
- N-länkad: oligosackarider sätts på aminogruppen på asparagin.
- O-länkad: oligosackarider sätts på OH-grupper på serin,treonin.
- o Chaperoner hindrar felveckning
- § Ser till så att nybildade proteiner får rätt konformation (tertiärstruktur).
- § Ex. calnexin på ER-membran. Binder till oligosackarider på prot.
- § Rätt veckat à glukos klyvs av från oligosackarid. à chaperon släpper iväg proteinet.
- § Fel veckat à ny glukosmolekyl sätts på oligosackariden à processen går om.
- § Kan behövas många ”varv” för att proteinet ska bli rätt veckat.
- o Vid stress (höjd temp.) ökar felveckning
- § Cellen ökar produktion av chaperoner.
- § Heat-shock proteins (chaperoner).
- § Teori om att stora steg i evol. ägde rum pga stressfenomen à chaperoner hann ej med à gav nya proteinstrukturer och funktioner.
- o ER-proteiner hämtas tillbaka från Golgi
- § Vissa proteiner ska stanna i ER à försedda med speciell återvinningssignal (KDEL).
- § KDEL binder till transmembranös KDEL-recept i Golgi à transp. Tillb. Prot. Till ER (Kap. 15).
12. Golgiapparaten – 109-113à grupp som skiljer olika fosfolipider åt adderas.
- Membraninneslutna kaviteter, centralt i cytoplasman. Pressade mot varandra.
- Har en polaritet - Fig 12.1.
- o Mot ER – cis-del. Liknar membraner i ER.
- o Mot cytoplasman – trans-del. Liknar plasmamembranet med ökad mängd kolesterol & kolhydrater
- Fortsättning av sorteringen för icke-cytoplasmatiska proteiner.
- o Proteinerna kmr in från ER à in i cis-delen à lämnar trans-del à slussas vidare till lysosom, vesiklar för exocytos, plasmamembran eller ut ur cellen.
- o Sker mha en signalsekvens (”adresslapp”).
- Syntes av glykolipider och sphingomylin.
- Sker även en posttranslationell modifiering (trimning) av kolhydratstruktur på proteiner.
- o Fortsätter från adderingen i ER. Ersätter monosackarider (glukos, mannos) med andra.
- o Graden trimning beror på hur lättillgänglig oligosackariden är.
- § Enz. Endoglykosidas kan användas för att bestämma storleken på proteinets kolhydratdel.
- Fosforylering – fosfatjoner adderas.
- Glykosylering av ett protein
- o Kolh. adderas i aktiverad form (UDP- & CMP-kolh) mha transferaser på lumensida av Golgi-Fig 12.2
- o Efter sortering av proteinerna via sekretoriska vesiklar, hamnar kolhydratdelarna på utsidan av plasmamebranet
- Varför sker det en glykosylering av proteiner?
- o Teorier om betydelsen av glykosylering:
- § Glykosylering ökar proteinets löslighet.
- Betydelse för sekretoriska prot. som ska transp. vidare i tex blod och pankreassaft.
- § Proteinets förflyttning i cellen ökar.
- § Proteiner blir moståndskraftiga mot enzymatisk nedbrytning.
- Viktigt för glykoproteiner som sitter i plasmamembranet på cellens utsida.
- Proteolytisk processning sker i Golgiapparaten
- o Hormoner och neuropeptider tillverkas som inaktiva proteiner.
- § Sker en begränsad proteolys à då blir de aktiva.
- o Enz. som utför processningen är membranbundna & specifika för olika as.
- o Preproprotein – ursprunglig prot där prepeptid är en signalpeptid som tillåter prot att tas up av ER.
- o Bildade proproteinet proc. vidare i Golgi så det får rätt struktur innan det lagras i sekretor vesikler.
Vecka 3 – Cytoskelett, celladhesion & intracellulär sortering – Kap 13-15à Asymmetrisk uppbyggnad à Agerar igenkänningsmolekyler (yttre markörmolekyler) för cellen
13. Cytoskelettet – 113-117
- Mha cytoskelett kan en cell anta olika former.
- Förankring i ECM.
- Förflyttning av celler.
- Består av ett komplext nätverk av proteiner.
- Tre olika strukturer:
- Aktinfilament – då cellen ska ändra form eller förflytta sig
- o Aktin bildar nätverk intill plasmamembran och omringarcellen – mekanisk styrka - Fig 13.1a.
- o Aktinfilament består av 2 kedjor av aktinmolekyler i en helixstruktur. Globulärt protein - Fig 13.1b.
- o Rörelse sker genom att utskott bildas.
- o Formförändringen behövs vid fagocytos.
- o Förankrar cellförbindelser och förflyttar membranproteiner.
- o Bildar även kontraktila ringen vid celldelning.
- o Ingår i mikrovilli – förstorar absoptiva ytan i tarmens epitelceller.
- o Bildar ett 3D-nätverk genom aktinbindande proteiner (filamin).
- § Gelliknande konsistens gör att cellen kan behålla sin form trots yttre störningar.
- § Konsistens beroende av kalciumjoner – övergår ett visst gränsvärde à blir mer flytande.
- o Binder till plasmamembranet – förankringen fortsätter ut i ECM mha fibronektinreceptor och proteinerna vinculin & talin - Fig 4.15.
- o Myosin – familj av protein som binder till aktin & förflyttar sig längs med aktinfilament mha ATP.
- § Åstadkommer på så sätt en kontraktion.
- o Aktinfilamenten hålls ihop av särskilda proteiner: fimbrin och fascin.
- Mikrotubuli – organiserar cytoskelettet & transporterar organeller och molekyler i cellen
- o Befinner sig centralt i cellen kring kärnan. Bildar en radiär struktur. Globulärt protein - Fig 13.2a.
- o Ihåliga cylindraruppbyggda av prot. Tubulin (består av α- och β-enheter – Fig 13.2b).
- o Utgår från centrosomen, som består av 2 centrioler (cylindriska organeller).
- o Rörelse av cilier och flageller.
- o Vid mitos drar mikrotubuli i kromosomerna så de fördelas mellan dottercellerna.
- o Polymerisering av tubuli à bildas mikrotubuli. Sker mha GTP och Mg2+ under tidig mitos.
- § GTP ger energi vid syntes av mikrotubuli.
- § GDP tar energi vid nedbrytning av mikrotubuli.
- § Läkemedel kan användas för att hindra polymerisering av tubuli och därmed celldelning.
- o Många eukaryota celler har cilier och flageller
- § Cilier förflyttar vätska längs en cellyta (tex luftstrupe flyttar slem mot munnen).
- Försämrad tubulinpolymerisering àkroniska luftbesvär.
- § Flageller finns på spermien – orsakar vågrörelser.
- o Mikrotubuli transporterar organeller och molekyler i cellen
- § Motorproteiner används som transportörer längs med mikrotubuli - Fig 13.3.
- Kinesiner: rör sig utåt mot cellytan. Drar ER ut i cellen.
- Dyneiner: rör sig inåt mot cellkärnan. Drar Golgi mot kärnan.
- § Intracellulär vesikeltransport, särskilt i nervceller (axonal transport).
- Mikrotubuli finns i axoner som rör.
- Intermediärfilament - håller samman cellerna vid dragning eller hoptryckning
- o Proteinfibrer i cytoplasman.
- o Bildar ett nätverk som utgår från desmosomer (tryckknapp) – ”tight junctions”.
- § Strukturer som håller samman intilliggande celler - Fig 13.4a.
- o Finns även i hemidesmosomer (halv tryckknapp) – föränkrar cellen till sitt underlag.
- o Fibröst protein – till skillnad från aktin & tubulin.
- § Utsträckt del (α-helixstrukturer) med ändar av globulärt protein i N- och C-terminal.
- § Ändarna ger specifitet åt förankringen av intermediärfilament i cellen.
- o Det slutgiltiga filamentet består av flera proteiner tvinnade omkring varandra.
- o Stärker cellen mot mekaniska påfrestningar.
- § Felaktiga intermed.filament ger sköra celler som lätt skadas - Fig 13.4b.
- o Kallas intermediärfilament pga att de i storlek ligger mellan aktin- & myosinfilament.
- o Resistenta mot salt- och detergentlösningar.
- § Hålls ihop av en kombination av hydrofoba & hydrofila krafter.
- o Kärnan innehåller intermed.filam. – laminin.
- § Stärker kärnhöljet & skyddar kärnans innehåll mot mekanisk stress.
- o I muskelceller som är utsatta för mekanisk stress – muskel-, hud- och tarmceller.
- § Även i utsträckta strukturer såsom nervceller.
- o Vävnadsspecifika.
- § Kan därför användas som markör då man vill veta vart en tumör kommer från.
- o Fem typer av intermediärfilament:
- § Keratinfilament – epitelceller. Skydd. Cytokeratin (naglar, hår).
- Tarmcell har en uppsättnining keratinfilament. Hudcell en annan osv.
- § Vimentinfilament – bindväv. Fyller ut.
- § Neurofilament – nervceller. Styrning av processer.
- § Kärnlaminin – finns i kärnan.
- § Desmin – lägger sig runt muskelfibrer. Muskelceller.
- o Proteinet plektin förstärker intermed.filamentens uppbyggnad & sammanhållning.
14. Cell-celladhesion – 119-121- Adhesionsproteiner (junctions) håller ihop epitelial vävnad.
- o Epitelial vävnad = vävnad som bildar ett skikt mot en yta. Består mest av celler, lite ECM.
- Tre typer av junctions:
- o Tight junctions – bildar en barriär.
- § Hindrar att små molekyler ”läcker in” mellan cellerna.
- § Finns i tarmen. Hindrar bakterier från osmält föda att komma in i blodcirkulationen.
- § Utgörs av proteinr (tex aktinfilament) och glykoproteinr belägna apikalt i cellen - Fig 14.1a
- § Bildar ett nätverk runt cellen, som fortsätter i nästa - Fig 14.1b.
- Antal proteiner i nätverket bestämmer tätheten hos barriären.
- § Behöver ATP för att upprätthålla sin struktur.
- Vid fasta luckras junctions upp à ökat läckage från tarmen in i blodbanan.
- § Separerar apikala proteiner från basolaterale proteiner hos epitelcellen.
- Cellen behåller på så sätt sin polaritet.
- o Adherens junctions – kopplar ihop intilliggande celler med ”bryggor”
- § Behövs i vävnader som är utsatta för yttre påfrestningar i form av sträckning & tänjning.
- Finns i huden och tarmen.
- § Klarar dessa påfrestningar pga att de är förankrade i cellens cytoskelett - Fig 14.2.
- § Desmosomer – håller samman intilliggande celler. Tryckknapp.
- Belt-desmosomer: zonula adherens. Nedanför tight junctions. Bildar kontinuerligt bälte, som kan kontraheras, runt cellen.
- Spot-desmosomer: macula adherens. Binder samman 2 celler på vissa ställen.
- § Hemidesmosomer – förankrar cellen i ECM. Halv tryckknapp.
- § Består av transmembranära glykoproteiner.
- Fästa i förankringsproteiner
- Förankringsproteinerna är i sin tur fästa med intermed.filamenten i cytoskelettet.
- o Gap junctions – bildar öppna kanaler mellan celler
- § Molekyler, näringsämnen eller kemiska signaler kan överföras mellan cellerna.
- § Kanalbildande proteiner kallas connexiner - Fig 14.3.
- § Kanalerna består av sex connexiner – bildar en ring, en sk connexon.
- § Öppningen regleras genom koncentration av Ca-joner, pH, samt hormoner.
- § I levern öppnas kanaler i närvaro av cAMP.
- Sker då levercellen stimuleras av glukagon för att bryta ned glykogen.
- § Öppen kanal leder till att intracellulära signaler sprids snabbare.
- § Vid apoptos stängs kanalen genom inflöde av Ca-joner.
- § Defekt gap junction-funktion i hjärtat kan leda till hjärtarytmier.
- Inom nervsystemet finns särskilda adhesionsmolekyler
- o Flera olika NCAM – neuralcell adhesion molecules.
- § Sätts samman genom alternativ splitsning.
- o Immunoglobulinliknande domäner - ger proteinet stabilitet och resistens mot proteolys.
- o Sammanhållna av svavelbryggor och fibronektinliknande domäner
- § Möjliggör interaktion med ECM - Fig 14.4.
- o Kan förankras:
- § På cellmembranet.
- § Genom cellmembranet.
- § Genom cellmembranet och fortsätta in i cytoskelettet.
14. ECM – 121-124- Fyller ut utrymmet mellan cellerna.
- ECM består av ett nätverk av proteiner och polysackarider.
- I epitelialvävnad är främst uppgiften att förankra epitelceller till underliggande vävnad.
- o Sker genom basalmembranet - Fig 14.2.
- I cellfattig vävnad rik på ECM (brosk, ben) är främsta uppgiften att ge form och struktur.
- Fibrer i ECM:
- o Kollagena – dragtåliga (senor), handflata.
- o Elastiska
- o Retikulära – stödjetrådar (bildas av fibroblaster).
- Innehåller tre olika komponenter:
- o Proteoglykaner – grundsubstans i ECM. Ger en gelliknande konsistens.
- § Består av heteropolysackarider länkade till en proteinkedja - Fig 14.5.
- § Negativt laddade à osmotiskt aktiva à kan dra till sig H2O och bilda en gel.
- § Gör att tex brosk kan motstå påfrestningar i form av tryck.
- § Kan binda tillväxtfaktorer à anrikar dessa i vissa områden à påverkar cellen.
- o Kollagen – ger stadga i ECM. Ger stadga åt vävnad. Fiberliknande proteiner (Kap. 4).
- § Tjugotal olika. Vissa bildar fibrillstrukturer, andra nätverk, tredje transmembrn. strukturer.
- § Kollagen I finns i kroppens stödjevävnad (ben). Mutationer kan ge skört skelett.
- § Kollagen II finns i brosk. Mutation kan ge hyperböjliga leder.
- § Kolagen XVII (17) finns i basalmembran.
- o Adhesiva proteiner – håller samman cellen och förankrar till ECM
- § Fibronektin (Kap. 4). Binder till transmembranär receptor, integrin.
- Integrinet binder till aktin à förankring mellan cellen och ECM.
- Binder även till kollagen à förstärker förankring mellan cell och ECM.
- § Laminin. Återfinns i basalmembranet.
- § Basalmembranet:
- Förankrar epitel- och endotelceller i underliggande vävnad
- Fysisk barriär och filter mellan två strukturer.
- Finns runt muskel-, fett och nervceller för att hålla samman vävnaden.
- Cellyteproteoglykaner – förstärker förankringen av cellen i ECM
- o Genom en bindning till cytoskelettet och ECM-komponenter.
- o Förankringsplats för olika hormoner (tillväxtfaktorer, cytokiner).
- o Medverkar vid receptormedierad endocytos.
15. Intracellulär sortering – 127-135- Proteiner skickas till den plats i cellen där de ska verka.
- Två huvudvägar - Fig 15.1.
- Secretory pathway.
- o Proteiner förs över till ER (Kap. 11).
- o Transporten in bestäms av signalpeptidiproteinet.
- o Proteinerna går vidare till Golgi (secretory pathway) där sortering sker till:
- § Sekretoriska granula
- § Plasmamembran
- § Lysosomer
- o Transportvesikler sköter transporten mellan organeller längs den sekretoriska vägen
- § Vesikulär transport: sker via transportvesikler som knoppas av ett membransystem.
- I lumen på transportvesiklerna lastas lösliga proteiner.
- Transmembranösa proteiner i vesiklernas membran.
- § Avknoppningen drivs av att speciellt protein.
- Polymeriserar på cytopl.sidanav membranet.
- Utgör en kappa – kallas coatproteiner - Fig 15.3.
- Coatproteiner binder till:
- o Olika protein som avgör vart transportvesikeln ska gå (Rab-proteiner).
- o Speciella transmembranösa proteiner i vesikelns membran.
- § Dessa transmembr.prot. binder i sin tur till vesikelns innehåll
- § Fungerar ofta som sorteringsreceptorer: binder till spec. protein på vesikelns inneh. à kan bestämma vilket inneh. vesikeln ska få
- § Vesiklerna kallas således för coated vesicles: COPI, COPII, klatrinvesikler.
- COPI: transporterar proteiner från Golgi tillbaka till ER.
- COPII: mellan ER och cis-Golgi.
- Klatrinvesikler: från plasmamembran till sena endosomer & trans-Golgi - Fig 15.2.
- o Protein bildas fritt i cytoplasmaàdirigeras till kärna, mitokndrie, peroxisom lr stannar i cytopl.
- § Transporteras som fria molekyler. Krävs ofta transp.prot. för att passera övermembran
- Sorteringen sker mha sorteringssignaler
- o Sortering av proteiner sker mha särskild sekvenser eller modifieringar av proteiner.
- o Sorteringssignalerna kan sitta i ena änden av eller på olika delar av proteinet.
- o Fig 15.4.
- Signaler för ER
- o Som nämnts sorteras intialt alla prot. som ska gå längs sekretoriska väg till ER mha en signalpeptid.
- o Inne i ER:s membran flyter prot. längs den sekretoriska vägen och når cis-Golgi via vesikulär transp.
- o I cis-Golgi finns KDEL-receptorn
- o För att transportera tbx vesikeln till ER har KDEL-receptor en sorteringssignal på den cytopl. sidan.
- § Signalen interagerar med coatproteiner så vesikeln dirigeras tbx till ER.
- Sortering till lysosomen sker mha manno-6-fosfat (M6P)
- o Sker en glykosylering av vissa proteiner i ER (Kap. 11). Fig 15.5.
- § Oligosackarider genomgår modifieringar i Golgi.
- § Cis-Golgi gör om dem till lösliga proteiner som skall sorteras till lysosomer.
- § Förses med M6P.
- § Transmembran.prot. i trans-Golgi binder specifikt till just M6P à kallas M6P-receptorer.
- § M6P och M6P-receptorer samlas sedan i särskilda vesikler klädda med klatrinmolekyler som stabiliserar vesikeln.
- § Vesikeln fylls och avsnörpas à styrs mot lysosomen via ett speciellt docking-protein.
- § Lysosomala proteiner dissocieras från M6P i lysosomen pga lågt pH.
- § M6P-receptorerna färdas tillbaka till trans-Golgi i tomma vesikler.
- Sortering till reglerad sekretion kan ske genom aggregation i trans-Golgi – Fig 15.6
- o Konstitutiv sekretion
- § Om proteiner inte sorteras i trans-Golgi till endosom-lysosomal upplagring fortsätter de längs den sekretoriska vägen och når plasmamebran via vesikulär transport.
- § Då blir transmembranösa proteiner inkorporerade i plasmamembranet medan lösliga proteiner kan frisättas från cellen genom sekretion. Exocytos.
- § ”Konstant exocytos”.
- o Reglerad sekretion
- § När celler behöver lagra proteiner för frisättning senare.
- § Proteinerna lagras i sekretoriska granula – stora membranvesikler i cytoplasman.
- § Vid signal (hormon, nervsignal) återupptar dessa granula sin väg mot plasmamembranet och frisätter innehållet via exocytos.
- § Sker ofta i exokrina och endokrina körtlar. Tex. i bukspottskörteln.
- § Fagocyter – här riktas reglerad sekretion in mot fagosomen som tagit upp bakterien.
- § Proteiner aggregerar lätt till stora prot.aggregat i förhållandena som råder i trans-Golgi.
- Aggregationen i trans-Golgi underlättar för prot. att packas i vesikler för transport till sekretoriska granula.
- § Efter tömning av sekretorisk granula går ett antal tomma vesikler tbx till trans-Golgi. På så sätt behåller plasmamembranet sin storlek.
- Membranfusion under transport och sekretion
- o Intracellulär sortering bygger på att vesikler smälter samman genom membranfusion.
- o Får ej läcka ut eller störa vesikelmembranets asymmetri.
- § Finns ett system i eukaryota celler för att uppfylla dessa krav.
- o Fosfolipidmembraner fuserar mha speciella proteiner som överför membranerna i ett instabilt transitionstillstånd à sänker aktiveringsenergin för en fusion.
- § Bildas timglasliknande intermediärer.
- o Membranfusion hos eukaryota celler sker bla mha:
- § SNAp Receptors (SNAREs) - membranbundna proteiner i helixliknande komplex.
- § Rab-proteiner – GTPaser. Aktiva i initiala membrankontakten mellan 2 fosfolipidmembran.
- Kärnlokaliseringssignal ger sortering till kärnan
- o Kärnmembran är ett yttre (likt det i ER) och inre membran (Kap. 9). Försett med kärnporer.
- o Endast molekyler med en särskild kärnlokaliseringssignal , NLS, transporteras in i kärnan.
- o NLS binder till importiner, som ju medverkar i transport in genom kärnporen (Kap.7).
- o NLS stannar kvar efter import.
- § Efter celldelning löses kärnans membran upp à kärnans proteiner sprids i cytoplasman.
- o Då kromosomer fördubblats och kärnmembranet återbildats måste prot. hitta tbx.
- o Då kmr NLS till nytta.
- o Kärnexportsignal, NES, transporterar proteiner ut ur kärnan.
- Upptag av mitokondriens proteiner
- o Mitkondrien har också dubbelmembran (Kap.8).
- o De flesta av mitokondriens proteiner kodas av fria ribosomer i cytopl.
- § Dessa måste passera mitokondriens membran & transp. in i mitokondrien från cytopl.
- o Signalmolekylen för transp. in imitokondrien är belägen i N-term delen av proteinet.
- o Igenkänning av prot. sker mha importreceptorer på utsidan av yttermembranet - Fig 15.7.
- o Likheter i processen där protein tas in i ER i samband med translation (Kap. 11).
- o Signalpeptid bildar en amfifil struktur à styr proteinet genom mitokondr.memb. via speciella importporer - Fig 15.7.
- § Krävs även transp.prot – translokaser.
- § Chaperoner i matrix (bla Hsp) fullbordar translokation mha ATP.
- § Påbörjas en veckning av proteinet.
- § Ett processningsproteas avlägsnar signalpeptiden inne i matrix.
- § Proteinet antar sin slutliga (aktiva) konformation mha chaperoner.
- o Prot. Som ska befinna sig i intermembralumen (mellan ytter- o innermemb) kan ha signaleptid som gör att det bara passerar det yttre membranet.
- § Kan även ha 2 signalpeptider. Första gör att det fastnar som transmemb.prot. i innermembran. Andra klyver prot. i intermembranlumen och gör det fritt.
- Upptag av proteiner i peroxisomen
- o Signalpeptid för peroxisomala prot. finns i C-term delen av prot.
- § Kallas peroxisomal-targeting sequense – PTS.
Vecka 6 - 16. Cellsignalering – 135-147à binder till sorteringssignalen KDEL (as) på lösliga proteinet som ska stanna kvar i ER
à KDEL-receptor tsm. med ER-prot byggs in i vesikel och transporteras tbx till ER.
- Celler kommunicerar med signaler.
- o Kemiskt: Peptider, modifierade as, fettsyraderivat, steroidderivat.
- o Strukturellt: hormoner, tillväxtfaktorer, neurotransmittorer.
- Signalöverföring från omgivning till cell.
- Styr fosterutveckling, metabolism, sårläkning, tumörbildning. Även läkemedelseffekter.
- Verkar via bindning till speciella receptorer i målcellen à intracellulära signalkedjor aktiveras
- Signaltransduktion – mekanismen för att överföra extracell. sign. till intracell. signalkedjor.
- o Sker på olika sätt:
- o Reversibel fosforylering – kinaser aktiveras genom fosforylering / defosforylering
- o Proteolytisk klyvnng – aktiva molekyler klyvs från inaktiva prekursormolekyler
- o 2nd messengers bildas. Fosfolipider, Ca-joner, cykliska nukleotider.
- o Transkriptionsfaktorer aktiveras.
- Skiljer på endokrina, parakrina och autokrina signaler – Fig 16.1.
- o Endokrina – signaler/hormoner produceras i en cell och transp. via blodbanan till annan målcell.
- § Insulin som produceras i pankreas. Målcell: fett- , lever- och muskelceller.
- o Parakrina – verkar på intilliggande celler. Ofta neurotransmittorer.
- § Acetylkolin som frisätts i nervcell och har effekt i intilliggande nervcell.
- o Autokrina – påverkar samma cell som signalen produceras i. Självstimulering.
- Receptorer i plasmamembranet eller intracellulärt
- o Alla hormoner har målceller med receptorer som interagerar med hormonet.
- § Receptor kan vara belägen i:
- § Plasmamembran – vattenlösliga eller hydrofila signaler.
- Peptidhormon och neurotransmittorer.
- § Plasmamembranet / Kärnan – steroidhormoner.
- ”Resistens” fås på receptor och postreceptornivå
- o Målcell kan reglera svar genom att antalet receptorer på dess yta regleras.
- § Ex man blir van vid lukten i en ladugård efter ett tag.
- o Minska svaret genom:
- § Internalisera receptorerna och bryta ner i lysosom – sker vid långvarig exponering
- § Receptorn ändrar utseende – via fosforylering (fosfataser).
- § Protein binder & stör receptorns funktion.
- o Kan även fås på postreceptornivå (intracellulära signalkedjan).
- § Kallas resistens. Ligger bakom tex typ 2-diabetes och fetma.
- Svar via membranreceptorer
- o Receptor i plasmamembran går ofta genom membranet och når insidan av cellen.
- § Kan på så sätt påverka en intracellulär signalkedja.
- Finns tre grupper av receptorer för hormoner:
- o G-proteinkopplade receptorer
- § Namnet pga de kan binda GTP - Fig 16.2.
- § Som en länk mellan receptor & intracellulär signalkedja.
- § 7 α-helix genom membran med loopar.
- § G-proteiner består av 3 subenheter – α, β & y.
- α -subenhet den reglerande. Kan göra GTP à GDP.
- § GDP bundet till G-proteinà inaktivt.
- § GTP bundet till G-protein à aktivt. Sker när hormom binder tillreceptorn.
- α -subenhet gör sig fri och diffunderar till ett effektorenzym.
- Då processen är färdig binder GDP till G-proteinet och α -subenhet återvänder.
- § Gemensam struktur:
- Extracellulär domän som binder till hormonet. Här sitter specifiteten.
- Transmembranär domän uppbyggd av helixstrukturer.
- Region som interagerar med G-proteinet på cytopl.sidan.
- o Kanalkopplande proteiner
- § Kanalproteiner för joner.
- § Ligand binder tillreceptor à jonkanalen öppnas à inflöde av joner.
- § Jonkanal kan även aktiveras indirekt via fosforyleringar och 2nd messengers.
- § Olika kanaler för olika joner. Detta mha as-sekvenser.
- o Enzymaktiva (Katalytiska) receptorer
- § Dessa receptorer har själv en katalytisk aktivitet, ofta tyrosinkinasaktivitet.
- § Största receptorfamiljen.
- § Komplexa, multimera proteiner.
- § Fig 16.3a. Består av:
- Stor extracellulär domän till vilket hormonet binder.
- Kort transmembranär region.
- Intracellulär domän – den katalytiskt aktiva.
- § Insulin är en ligand. Har två effekter:
- Metabol effekt - Fig 16.3b.
- o Aktiverar enz à fosforylerar ett fosfat à proteinkinas B aktiveras à stimulering av glukosupptag och glykogen- o fettsyresyntes.
- Tillväxtreglerande effekt - Fig 16.3c.
- o Enzymet Ras aktiveras à aktiverar ett kinas som vandrar in i kärna och påverkar transkription av olika gener.
- De intracellulära signalsystemen
- o Efter bindning av hormon (1st messenger) aktiveras olika intracellulära signalsystem.
- Intracellulära signalmolekyler - 2nd messengers. Bildas som svar på receptoraktivering.
- § Utgörs av:
- cAMP, cGMP
- Ca-joner
- Adenylatcyklas (AMPàcAMP)
- Fosfodiesteras (bryter ner cykliska strukturer)
- DAG & IP3 (nedbrytning av fettrester)
- § Fig 16.4a. Aktiverar proteinkinaser (A & C) à målproteiner fosforyleras.
- § Signalen stoppas av fosfataser.
- Hormonsvar via cAMP
- o Hormoner som reglerar metabolism kan verka via bildning av cAMP - Fig 16.4a.
- § Glukagon och adrenalin.
- o Via G-proteiner aktiveras enz. Adenylatcyklas
- § Omvandlar ATP till cAMP
- o cAMP aktiverar Proteinkinas A.
- o Olika målproteiner aktiveras (fosforylering) och aktiverar i sin tur transkriptionsfaktorer .
- o Leder bla till tillväxt, proteinsyntes, glykogennedbrytning, lipolys och glukoneogenes.
- o De tillväxtfaktorer som är beroende av cAMP kallas CREB.
- o Dämpning av cAMP:
- § Nedbrytning av cAMP mha fosfodiesteras.
- § Hämma fosfodiesteras (koffein) à förstärker andel cAMP à piggare, mobilisera socker.
- § Proteinkinas A fosforylerar membrareceptorer så cAMP inte ger lika stort stimuli på celler.
- Hormonsvar via IP3 (inositoltrifosfat) och Ca2+
- o G-protein aktiverar fosfolipas C - Fig 16.4a.
- o Fosfolipas C klyver fosfolipider i cellmembranet till DAG och IP3.
- o IP3 aktiverar Ca-kanaler och DAG aktiverar proteinkinas C.
- o Proteinkinas C fosforylerar proteiner och aktiverar transkriptionsfaktorer.
- o Genom inströmning av Ca-joner kan man få konformationsändringar i samband med att det binder till proteiner.
- Intracellulära receptorer
- o Steroid- (testosteron) , thyroideahormoner och vitamin D är små hydrofoba molekyler som lätt kan penetrera cellmembranet.
- § Binder till receptorer i cellkärnan och bildar transkriptionsfaktorer.
- o Ger primära och sekundära svar.
- § Genreglerande proteiner (primära) som påverkar andra gener och ger sekundära svar.
- Kväveoxid (NO) och cAMP
- o Extracellulära signaler kan verka på 3 sätt:
- § Receptorer på utsidan av cell som förmedlar intracellulär signalering.
- § Passera cellmembran och aktivera intracellulära enzymer.
- § Passera både cellmembran och kärnmembran och nå genomet.
- Binder till transkriptionsfaktorer och påverkar genaktivering.
- o NO & CO passerar cellmembran.
- o NO aktiverar enz. NO-syntas à mer NO frisätts.
- o Aktiverar guanylcyklas.
- o Leder till kärlvidging. Viagra.
- Cross-talk mellan cellens signalvägar
- o Många celler har ytreceptorer som aktiverar Adenylatcyklas och fosfolipas C samtidigt.
- § Kan ske interaktion mellan systemen – cross-talk. Se även under ”Metabolism”.
- Onkogener
- o Styr celldelning.
- o Ras, Raf, Map, MEK.
- o Ras: GTP-bindande protein.
- § Aktiv vid GTP, inaktiv vid GDP.
- § Mutationer kan leda till att Ras alltid är aktivt (bundet till GTP) à cancer.
- Kolesterolberoende signalering
- o Lipider, som kolesterol, ansamlas i sk lipid rafts (fettflottar) i membraner.
- o Kolesterol viktigt i nervceller.
- o Kolesterol utgör en nödvändig kofaktor för en receptors infästning i membranet.
- o Kolesterol utgör även en nödvändig kofaktor för enzymer i den initiala signaleringen.
Vecka 4 – DNA, RNA och proteinsyntes – Kap 17-20à påverkar olika nyckelenzymer i cellen eller genreglerande proteinet i kärnan.
17. DNA-replikation – 147-161
- § H2B
- § H3
- § H4
- o Två molekyler av varje ”core histone” bildar tsm. en histonoktamer.
- § Bildar en central proteinkärna, DNA-mol virad 2 varv - Fig 17.8.
- o Linker-DNA: sammanlänkande delen av DNA. Vid apoptos klyvs DNA mellan nukleosomer.
- H1 hjälper till att packa samman nukleosomer
- o I nästa steg packas nukleosomerna av H1 till en tjock tråd – nukleosomfiber.
- o Mindre H1 i DNA:s aktiva gener.
- o Dekondensering av DNA sker mha en signal utifrån som påverkar H1:s interaktion.
- § DNA:t luckras upp.
- Behövs för att en gen ska kunna avläsas och uttryckas.
- § Viktig mekanism för detta är att acetylera histonproteiner. Kap. 20.
- Mitotiska kromosomen bildar slutliga packningsformen av DNA
- o Fortsatt veckning av DNA sker mha icke-histon proteiner.
- o Flesta kromosomer kan endast särskiljas under mitos.
- o Vid kondensering sker fosforylering av H1 - viktig för sammanpackning.
- Kromosom strax före mitos består av 2 systerkromatider som hålls samman vid centromeren.
- o Dessa är inaktiva – kan ej transkriberas till RNA, ty RNA-polymeras kan inte nå fram till DNA.
- Graden av packning är kopplad till genernas aktivitet
- o Kromosomregioner med inaktiva gener är mkt tätt sammanpackade – heterokromatin.
- o Kromosomregioner med aktiva gener är mkt löst sammanpackade – eukromatin.
- § Detta pga att RNA-pol ska kunna utföra transkription (avläsning) - Fig 17.10.
- Majoriteten av DNA utgörs inte av proteinkodande gener
- o Antalet gener hos msk. ca 25 K.
- o Hos eukaryota organismer är merparten av DNA inte gener.
- o Hos prokrayota organismer är merparten av DNA = gener.
- Replikation av DNA
- o Första som sker är en separation av DNA mha enz. Helikas.
- § Gör DNA-baser tillgängliga genom att kedjorna snurrar motsols - Fig 17.12.
- Bryter vätebindningarna mellan basparen.
- § Skapas spänningar i helixstrukturen.
- Enz. Topoisomeras minskar denna.
- o Replikation sker på ”origin of replications” (ORI).
- § Finns flera på en kromosom à DNA-replikation startar på flera ställen.
- o Replikation sker åt bägge håll & skapar öppna ändar. Replikationsgaffel - Fig 17.14.
- Replikation utförs av DNA-polymeraser
- o Själva bildningen av DNA utförs av DNA-polymeraser (främst DNA-pol. 3).
- o Replikation sker i 5’-3’ riktning - Fig 17.14.
- § Detta pga att DNA-strängar ju är antiparallella. Ena i 5’-3’, andra i 3’-5’.
- o Leading strand – replikation kan ske kontinuerligt. 5’-3’.
- o Lagging strand – syntetiseras i Okazakifragment. 3’-5’.
- § Gapen mellan fragmenten fylls igen av DNA-ligas.
- o Vissa DNA-pol. har även exonukleasaktivitet – eliminerar felaktiga nukleotider.
- § Görs mha ”proof-reading”.
- Kontrollerar föregående par innan nästa syntetiseras.
- DNA-pol kan då ej fortsätta pga bred helixstruktur vid felparning.
- Ger DNA-replikation en hög grad av precision - Fig 17.15.
- Helikaser och topoisomeraser hjälper till att vindla upp DNA-dubbelhelixmolekylen
- o Helikaser använder energi från hydrolys av ATP till att förflytta sig på DNA-mol. & vindla upp den.
- o Topoisomeraser (som tidigare nämnt) förhindrar spänning i DNA.
- § Detta genom att DNA:t hindras att trasslar in sig. Tänk sladd på föreläsningen.
- DNA-syntesen kräver en primer
- o Primer – några nukleotider med fri 3’-OH-grupp – kort bit RNA. Fig 17.17.
- § Syntetiseras mha enz. Primas som binder sig till DNA och synt. En kort komplementär sträcka RNA.
- § På så sätt kan DNA-replikation påbörjas.
- § Denna sträckan (primern) klyvs sedan bort mha DNA-pol.:s exonukleasaktivitet.
- DNA-syntesen kan hämmas
- o Etidiumbromid – kan lägga sig mellan baserna & hämma DNA-syntes.
- § Interkalering - DNA vindlas delvis upp. Fig 17.18.
- o Nukleosidanalog – liknar en av nukleosider som används för DNA-syntes.
- § Fungerar inte normalt à DNA-syntes blockas.
- Kromosomernas ändar består av telomerer
- o Syntetiseras av telomeras - Fig 17.19.
- § Använder sig av reversibelt DNA-pol för att syntetisera DNA med RNA som förlaga.
- § Sker på identiskt sätt på alla kromosmer à alla kromosomändar är lika.
- o De ändar som syntetiseras kallas telomerer - Fig 17.20.
- § Hos människan: TTAGG som repeteras flera gånger.
- o Skyddar kromosomändarna mot nedbrytning av nukleaser.
- § Bildar en ögleliknande struktur mha proteiner & DNA.
- o Förhindrar även cellen från att försöka reparera de annars tomma ändarna.
- § Cellen skulle då koppla olika kromosomer till varandra.
- o Om telomeren ej byggs på (av telomeras) förkortas den vid varje celldelning.
- § Telomerasaktivitet är därför hög i stam- och könsceller. Låg i vuxna vävnader.
- Hög i cancerceller à de kan utföra celldelning obegränsat antal ggr.
- § Flesta celler i kroppen genomgår därför begränsat antal celldelningar.
- Senescens – då cellen känner igen att telomererna är för korta och blockerar celldelning.
- Mutationer sker genom förändringar i bassekvensen
- o Ofta är mutationsfrekvensen låg pga DNA-polymerasernas ”proof-reading”.
- o Substitution – vanligast. Kan ske på 2 sätt:
- § Transition – purin/pyrimidin byts mot annan purin/pyrimidin.
- § Transversion - PURIN/pyrimidin byts mot PYRIMIDIN/purin.
- o Deletion – baspar försvinner från DNA-sekvensen.
- o Insertion – baspar adderas till DNA-sekvensen.
- DNA repareras ständigt
- o DNA skadas av joniserande strålning, UV-ljus samt muterande ämnen.
- o Tymindimer från UV-ljus à blockerar helixbildning à bildas gap.
- § Kan repareras genom att enz. Endonukleas avlägsnar & fyller igen gapen mha DNA-pol & DNA-ligas. Fig 17.22.
- Hur får man en förändring av arvsmassan?
- o Förnyelse av arvsmassan krävs för evolution, reparation och reglering av genexpression för DNA.
- o Förändring av arvsmassa fås genom:
- § Rekombination – överkorsning!
- Segment av DNA utbyts mellan 2 DNA-mol – Fig 17.23.
- Sker under meiosen (Kap. 21).
- Leder till nya kombinationer, dock ej förnyelse av själva genmaterialet.
- § Transposition – förnyelse av genmaterialet. Rörliga DNA-sekvenser (transposon)
- Kan hamna mitt i en annan gen à genen splittras & inaktiveras.
- Kan även hamna intill aktiv promotor à genen stimuleras & uttrycks.
- § Horisontell transmission – främmande DNA-mol tas upp i form av virus /plasmider.
- Främmande DNA-mol fogas in i arvsmassan à nya egenskaper överförs.
- Resistens mot antibiotika bland baketerier sprids på det här sättet.
18. RNA-transkription – 163-171- Transkription – mRNA bildas från genernas DNA.
- Proteinsyntes sker mha RNA och olika enzymer.
- o mRNA: avskrifter av generna och innehåller info för proteinsyntes.
- o tRNA & rRNA redskap för proteinsyntesen.
- RNA-polymeras syntetiserar mRNA efter instruktion av DNA-molekylen
- o RNA byggs upp av samma baser som DNA. Tymin (T) ersätts dock av uracil (U) i RNA.
- o Syntes av mRNA sker i tre steg:
- § Initiering
- § Elongering
- § Terminering
- RNA-pol. binder till DNA-kedjan på ett särskilt ställe – promotorregionen (Kap. 20).
- o Promotorregionen ligger upstream genen.
- o Kan bestå av TATA-boxen. 30-40 baspar upp - Fig 18.2.
- § TATA-boxbindande protein binder in. Transkriptionsfaktor.
- o Sekvenser som stimulerar RNA-pol att starta transkriptionen krävs.
- o RNA-pol aktiveras genom att aktivatorer i enhancerregioner binds till det.
- § à Konformationsändring under inflytande av aktivatorer uppströms på 5’-sidan. Enhancerregioner. Fig 18.3 & 18.4.
- § à RNA-pol binds till promotorregion innehållande TATA-boxenà transkription startar.
- o Gener som avläses ofta har många TATA-boxliknande sekvenser.
- o RNA-pol glider nedström från promotorregionen, stannar vid initieringsstället (start site, +1).
- RNA-polymeras vindlar upp DNA vid initiering
- o 17 baspar vecklas ut för varje RNA-polymeras enz. som binder - Fig 18.5.
- o Syntes av RNA-mol sker i 5’-3’ riktning - Fig 18.6.
- o 3’-änden har en fri OH-grupp.
- o 5’-änden försedd med en trifosfatgrupp.
- o RNA-syntes sker dock utan primer (till skillnad från DNA-syntes).
- I nästa fas sker elongering
- o RNA-molekyl bildar en hybridhelix med DNA - Fig 18.6.
- o Elongeringen sker i 5’à3’ riktning.
- o RNA-pol. Har ingen proof reading – sker fler felsynteser.
- I sista fasen sker terminering
- o Markeras av specifika gensekvenser.
- o En är GC-rik palindromstruktur. Fig 18.7.
- Transkription hos eukaryota celler
- o Sker av 3 RNA-pol (ej 1 som i prokaryota celler):
- § RNA-pol I – syntes av rRNA
- § RNA-pol II – syntes av mRNA
- § RNA-pol III – syntes av tRNA
- Primärt transkript modifieras till moget mRNA
- o Omedelbart efter att transkr. Börjat i euk. Celler startas en modifiering av det sk primära RNA-transkriptet.
- o Bildas en cap-struktur på 5’-änden.
- § Betydelse för stabilitet mRNA-molekylen.
- § Förankrar även mRNA till ribosomen i cytoplasman bättre.
- § Viktig för transport ut ur kärnan.
- o Polyadenylatkedja sätts på 3’-änden. Fig 18.8
- § AAUAAA-sekvens signalerar klyvning av nukleotidkedja mha ett specifikt endonukleas.
- o Syntetiseras en poly-A-svans mha enz. Poly-A-polymeras.
- § Upprepande adeninbaser.
- § Betydelse för transport av mRNA ut ur kärna & stabilitet.
- Eukaryota gener består av exoner och introner
- o Hos bakterier är hela DNA-sekvenskodande för proteiner.
- o Kodande avsnitt = exoner
- o Icke-kodande avsnitt = introner
- o Exoner & introner kopieras av RNA-polymeras och finns med i det primära transkriptet.
- § Intronerna avlägsnas sedan. Exonerna förs samman. Kallas splitsning.
- o Introner bildar öglor och elimineras. Fig 18.10.
- § Introner börjar alltid med sekvensen GU och slutar med AG.
- Sker klyvning vid dessa par.
- Bildas en ögla.
- o Spliceosomer – komplex av RNA och protein som medierar splitsning av primärt mRNA.
- RNA kan vara katalytiskt
- o Splitsningen kan utföras av RNA-molymeras. Självsplitsande.
- § RNA agerar som ett enzym = ribozym - Fig 18.11.
- Alternativ splitsning
- o Olika exoner kansammanföras och koda för olika produkter - Fig 18.13.
19. Proteintranslation - 173-181- Proteinsyntes.
- Översättning av nukleinsyror till proteiner. Mer komplicerad än replikation och transkription.
- Aminosyror måste först aktiveras
- o För att as ska kunna bilda ett protein krävs tillförsel av energi i form av ATP. Fig 16.2.
- § Aktiverade as kallas aminoacyladenylat.
- § Aminoacylet flyttas sedan till en tRNA-molekyl à bildar aminoacyl-tRNA.
- o Aminoacyl-tRNA-syntetas katalyserar överföringen av den aktiverade as till tRNA.
- § Hög specifitet à rätt as överförs till rätt tRNA-molekyl.
- § Har en ”proof-reading” motsvarande det som finns hos DNA-pol.
- Kan avlägsna en felaktig as som bundit till den.
- tRNA-molekylen har en bestämd struktur
- o Klöverliknande basstruktur - Fig 19.4a.
- o Består av flera olika armar.
- § Aminosyraarmen fäster till aminosyran.
- Översättning från nukleinsyror till as – den genetiska koden
- o 64 olika kombinationer. Flera as kodas av flera olika bastripletter.
- o Startkod AUG – aminosyran metionin. Alla nysentetiserade protein startar med metionin.
- o Koden är universell – undantaget mitokondriellt DNA.
- o Degenererad kod – flera kodon för samma as.
- § Synonyma kodon har de 2 första baserna gemensamt. Den tredje skiljer emellan dem.
- Syntesen av proteiner sker på ribosomer
- o Prokaryota: bestårav 2 subenheter. Totalt 70s.
- o Eukaryota: totalt 80s (40s+60s). Större än prokaryota.
- o Flera ribosomer kan anv. samma mRNA-molekyl à uppradade efter varandra och bildar ett sk polysom à proteinsyntes går snabbare. Fig 19.7.
- o Syntetiseras i 5’à3’.
- Initiering av proteinsyntesen
- o Den lilla och stora subenheten dissocierar - Fig 19.8.
- o Lilla subenheten binder mha ett antal initieringsfaktorer (eIF) olika initiator-tRNA…
- § …formylmetionin-tRNA för prokaryota celler.
- § …metionin-tRNA för eukaryota celler.
- o Motsvarande mRNA för det aktuella initiator-tRNA binds in till lilla subenheten.
- o Stora subenheten associerar mha initieringsfaktorer och energi från GTP.
- Bildar initieringskomplex – ribosomen med mRNA och initiator-tRNA.
- eIF (initieringsfaktor) behövs alltså för:
- o Dissociation och association av ribosomsubenheter.
- o Aktivering av subenheter.
- o Aktivering av mRNA
- Under elongeringsfasen adderas aminosyror
- o En aminoacyl-tRNA (tRNA-mol.) binder in sitt antikodon till en kompl. kodon på mRNA - Fig 19.9.
- o A-site: aminosyra-site.
- o P-site: peptid-site.
- o (As 1 binds till P-site) à As 2 binds till A-site à as 1 flyttas från P-site till as 2 i A-siteà A-site innehåller as 1 + as 2 à tRNA på P-site elimineras à P-site är tom à peptiden translokeras till P-site & mRNA-kedjan förflyttas en bastripplett à a 3 kmr in på A-site.
- o Processen loopas om.
- I termination klyvs peptiden från P-site
- o Stoppkoderna UAA, UGA eller UAG dyker upp i A-site à proteinsyntes avslutas.
- o Särskilda proteiner känner igen stoppkoderna – kallas releasing factors.
- § Dessa katalyserar frigörandet av den växande polypeptidkedjan från tRNA:t i P-site.
- o Polypeptidkedja, tRNA och mRNA lämnar ribosom à ribosomen dissocieras i sina subenheter.
- Antibiotika inriktar sig ofta på att hämma proteinsyntes för prokaryota celler.
- Skillnad mellan proteinsyntes i eukaryota och prokaryota celler
- o Ribosomen i eukaryota är större – 80s vs 70s.
- o Initieringssignalen i eukaryota är metionin. Formylmetionin i prokaryota.
- o Fler initieringsfaktorer i eukaryota.
- o Färre releasing factors hos den eukaryota.
20. Reglering av genexpression – 181-195- Förändrad genreglering är grunden för celldifferentiering.
- Fig 20.1.
- Olika sätt på vilket genreglering kan ske:
- o Transkriptionell – viktigaste. I transkriptionen.
- o Post-transkriptionell - mognad och splitsning av mRNA, kärnexport.
- o Translationell
- o Post-translationell – aktivering av proteiner mha enzymer eller fosforylering (kap. 5)
- Hos prokaryot cell saknas post-transkriptionell kontroll - ingen cellkärna att transportera ut mRNA från.
- Gen uttrycks à kromatinstruktur dekondenseras à tillåter genreglerande proteiner att binda in.
- Transkription av en gen styrs av dess promotor och enhancers
- o Avgörande steget i transkriptionen är ju starten av själva processen. Fig 20.4.
- Finns speciella regioner på promotorer som är betydelsefulla.
- o Hos prokaryota ligger regioner 10 & 35 baspar upp från transkrip.start – kallas -10 & -35 element.
- § Hit binder RNA-pol. specifikt mha ett protein som kallas sigma-faktor.
- o Fig 20.5. Hos prokaryota ligger regionerna:
- § TATA-boxen - 25-30 baspar upp från transkriptionsstart.
- § GC-boxar – 50 baspar.
- § CCAAT-boxen – 75 baspar.
- § Viktig funktion för att binda RNA-pol till promotorn.
- § Utgör den basala promotorn som är tillräcklig för att initiera transkription via RNA-pol II.
- Behövs andra stimulerande element, enhancers, för att transkriptionen ska bli kraftfull. Ökar aktiviteten hos promotorregioner.
- o Bindning av RNA-pol till promotor liksom dess aktivitet regleras alltså av ett antal andra proteiner som gemensamt kallas transkriptionsfaktorer.
- § Dessa binder antingen direkt till RNA-pol och/lr till vissa specifika promotorsekvenser lr promotorer, t.ex. TATA-boxen.
- o Promotor- och enhancerregioner är cis-element – tillhör samma DNA-mol. som aktuella genen.
- o Reglerande proteiner som binder till cis-element kallas trans-element.
- § Kan vara både stimulerande och hämmande för transkriptionen.
- Prokaryota gener fungerar ofta tillsammans i operon
- o Huvudsakliga genregleringen på prokaryoter sker transkriptionellt.
- o Flera gener regleras ofta samtidigt på ett koordinerat vis.
- § Dessa grupp gener kallas för operon.
- o Transkriptionen hos ett operon blockeras av repressorproteiner.
- § Kan således aktiveras vid avlägsnande av dessa repressorproteiner.
- Laktos stimulerar sin egen användning
- o Bakterier kan växa av glukos, glycerol eller laktos.
- o Växer E. coli med laktos à finns mkt B-galaktosidas (enz. som bryter ner laktos till glukos).
- o Växer E. coli med glukos eller glycerol à finner fåtal B-galaktosidas.
- o B-galaktosidas produceras alltså dels i närvaro av laktos, dels i frånvaro av glukos.
- Normalt förhindras B-galaktosidasproduktion genom en repressor
- o Repressor sitter bundet till promotorregionen för B-galaktosidasgenen och hindrar RNA-pol från att avläsa genen. Fig 20.6.
- § Repressorn kallas lac-repressorn.
- Allolaktos avlägsnar repressorn från genen
- o I närvaro av laktos avlägsnas lac-repressorn.
- o Detta pga att laktos omvandlas till allolaktos som binder till repressorn.
- o Repressorn kan då inte längre binda till DNA-kedjan.
- o RNA-pol får möjlighet att binda till promotorregionen och avläsa genen.
- RNA-polymeras måste aktiveras
- o Nu när RNA-pol bundit till promotorregionen måste det aktiveras.
- o Aktivering sker mha 2 molekyler:
- § Protein kallat CAP.
- § Signalsubstansen cAMP.
- o Vid brist på glukos bildas cAMP, som binder sig till CAPà tsm. aktiverar de RNA-pol.
- o Nu går det att förstå varför:
- § Laktos behövs för att avlägsna repressor.
- § Frånvaro av glukos behövs för att RNA-pol ska aktiveras genom bildning av cAMP (som ju sedan binder sig med CAP).
- Eukaryota gener kan koordineras genom locus control regions (LCRs)
- o Eukaryota gener är inte funktionellt organiserade i operon som prokaryoterna är.
- o Transkriptionellt aktiva gener finns i utsträckta loopar med eukromatin.
- o Vissa gensekv. kan medföra att närliggande kromatin, innehållande flera olika gener, blir uppackat.
- § Dessa sekvenser kallas locus controlregions (LCRs).
- § Genom deras förändringar av kromatinstruktur på stora områden ökar de enskilda promotorers tillgänglighet för transkriptionsfaktorer.
- § På så sätt kan transkriptionen regleras.
- Transkriptionsfaktorer har gemensamma drag
- o Olika funktionella domäner:
- § DNA-bindande domän – känner igen och binder till geners promotorer eller enhancers.
- § Transaktiverande domän
- § Repressionsdomän – hos transk.faktorer. med en blockerande effekt på transkription.
- o Flera transkr.fakt måste ofta binda in till samma promotor för att transkr. ska ske på effektivt sätt.
- o Helix-loop-helix struktur – DNA-bindande proteiner som passar in i major groove på DNA - Fig 20.7.
- o Zinkfingrar – binder in till DNA. Fig 20.8.
- § Flera fingrar gör att prot kan hållas kvar till promotorregionen samtgt som genen avläses.
- Detta genom att vissa fingrar håller sig kvar och andra släpper.
- Steroidhormonreceptorn är en transkriptionsfaktor i cytoplasman
- o Receptorer för steroidhormon (tex kortistol) finns i cytoplasman.
- o Dessa binder till hormonet och bildar ett komplex som vandrar in i kärnan.
- o Där binder de till särskilda regioner av DNA. På så sätt regleras transkriptionen.
- o Steroidhormonrecept. är en transkr.fakt. som behöver aktiveras av en ligand (steroidhormonet).
- § Man säger att det är en ligandberoende transkriptionsfaktor.
- Modifieringar av kromatinet påverkar transkriptionen
- o En aktiv gen är som en uppluckrad struktur.
- § Den aktiva genen har ökad känslighet för enzymatisk nedbrytning.
- § Histonerna är modifierade genom fosforylering.
- § DNA-kedjans struktur på 5’-sidan är uppluckrad och är lätt att angripa med enzymer.
- Kallas för hypersensitiv region.
- o Acetylering av as lysin hos histonerna ändrar histonernas laddning à repellerande krafter mellan histoner och nukleosomer uppstår à DNA mer lättillgängl. för transk.fakt. och RNA-pol - Fig 20.10.
- § Vissa transk.fakt. kan även själva acetylera histoner – visar på en histonacetylas-aktivitet.
- o Repressorer, som hämmar transkriptionen, utnyttjar en deacetylering av histoner.
- o Inaktiva gener innehåller fler metylerade baser - Fig 20.11.
- § Kan tex. blockera inbindning av transkriptionsfaktorer.
- § Långsam process som ofta används för att totalt blockera transkriptionen under längre tid.
- Co-aktivatorer och co-repressorer är ofta kromatinmodifierade
- o Transkriptionsfaktorer har kofaktorer bundna till sig.
- § Dessa kofaktorer aktiverar eller hämmar genexpression utan att själv binda till DNA.
- § Kallas för co-aktivatorer och co-repressorer.
- o Co-aktivatorer är histonacetylaser - acetylerar histoner & gör DNA mer lättillgängl. för transkr.fakt.
- o Co-repressorer är ofta histondeacetylaser – deacetylerar &gör DNA mer svårtillg. för transkr.fakt.
- o Fig 20.12.
- o Kofaktorerna kan användas av flera transkript.faktorer à blir ofta konkurrens om kofaktorerna.
- Posttranskriptionell reglering
- o Innefattar processerna mellan transkription och initiering av translationen.
- § Processning av mRNA från primära transkriptet till mogna mRNA-mol
- § Transport ut ur kärnan
- § Stabiliteten hos mRNA.
- o Alternativ splitsning kan hindras genom att ett repressorprotein binder till intronen och därmed blockerar splitsningen - Fig 20.13.
- o Transporten av mRNA-molekylen ut ur kärna kan också vara en reglerande faktor.
- § För transp. krävs att det finns en cap-struktur i 5’-änden samt poly-A-nukleotidsvans i 3’-änden.
- Tillsats av poly-A-svansen är en hastighetsreglerande faktor.
- § Kräver också att splicosompart. lämnat mRNA-mol. Ytterligare en hastighetsregl. faktor.
- o Stabilitet hos mRNA-molekylen påverkas av steroidhormoner. Dessa ökar stabiliteten.
- § Klyvs poly-A-svansen bort minskar stabiliteten.
- Translationell kontroll reglerar initiering av proteinsyntesen
- o Proteiner kan binda till delar i mRNA som ej translateras – untranslated regions (UTRs).
- o Viktig del är den som ligger mellan cap i 5’-änden och startkoden för translationen.
- § Betydelse för ribosomens förmåga att förflyttas längs mRNA-kedjan.
- o Repressor kan binda in till 5’-änden à blockerar proteinsyntes.
- o Initieringsfaktorn eIF2, ansvarig för bindning av initiator-tRNA till lilla subenhet, kan fosforyleras.
- § Då inaktiveras den. Sker bl.a. vid svält & virusinfektioner.
- § Även de andra initieringsfaktorerna (eIF3-5) regleras mha fosforylering.
- RNA-interferens (RNAi) kan reglera både mRNA-stabilitet och translation
- o Utgörs av små RNA-mol. som tsm. med speciella prot reglerar mRNA-stabilitet och translation.
- o Delas in i siRNA och miRNA - Fig 20.15.
- Short interference RNA (siRNA) ger specifik nedbrytning av mRNA
- o Korta RNA-molekyler.
- o Binder specifikt till andra mRNA-molekyler mha sekvensspecifik basparning.
- § Resultatet blir att mRNA snabbt bryts ner.
- o Ribonukleaset ”Dicer” fungerar som ett RNA-nedbrytande enzym.
- § Finns med själva siRNA-mol och andra prot i ett komplex kallat RISC.
- o Reglerar genexpression på posttranskriptionell nivå genom att hämma klyvning av mRNA.
- o siRNA bildas från dubbelsträngat RNA.
- § Kroppen har immunologiska system (interferon) som känner igen detta.
- § Genom att introducera små, färdigprocessade siRNA-molekyler kan man undvika att interferonet känner igen det.
- Mikro RNA (miRNA) blockerar translationen
- o miRNA yttrycks som prekursormolekyler från specifika gener.
- § Kodar dock inte för något protein.
- § Processas istället till färdiga korta miRNA-molekyler.
- o Binder till otranslaterade delen (3’-UTR) av andra mRNA-molekyler.
- § Resultatet blir en blockering av translationen från den bundna mRNA-molekylen.
- § Kan alltså påverka translationen av ett specifikt protein.
Vecka 6 - 21. Cellcykeln – 195-207”B-galaktosidas produceras alltså dels i närvaro av laktos, dels i frånvaro av glukos”
- Cellcykelns faser – Fig 21.1.
- Mitos
- o M-fas – själva celldelningen, mitosen.
- o Kondensation av kromosomer.
- o Mitotisk spole (mikrotubuli) bildas à kromosomer separerar och vandrar mot var sin ände
- o Efter kärnans delning sker delningen av cellen.
- o G1-fas – mellan M och S. Längsta fasen.
- § Celler kan befinna sig här under en längre tid – kallas då G0. Cellen ökar i storlek.
- § I embryonala celler är G1-fas under första celldelningar väldigt kort à cellen minskar vid varje delning.
- § Längre i andra celler, kan vara i flera månader hos leverceller.
- o S-fas – replikation.
- o G2-fas – mellan S och M. Kontroll av cellen – klar & i korrekt skick för mitos. Checkpoints.
- Interfasen
- o G1, S och G2-fas.
- o G1-fas: tillväxt av cell. Organeller ökar till adekvata nivåer.
- § Proteiner, kolhydrater och lipider karaktäristiska för cellen tillverkas.
- § Duplikation av centrosomen – struktur i cell varifrån mikrotubuli utgår.
- o S-fas: replikation.
- § Vid flera replication origins där ett proteinkomplx finns – pre-replication complex.
- § Replikation drivs av Cdk2 – hindrar förnyelse av pre-replication complex.
- Cdk1 återbildar sedan pre-replication complex i M-fasen.
- § Vid replikation omvandlas pre- till ett post-replication complex.
- Replikation kan ej starta från post à DNA kan bara kopieras en gång under en S-fas - Fig 21.2.
- Mitosens olika faser
- o Leder normalt till bildning av 2 dotterceller identiska med modercellen.
- o Profas: kondensation av kromatin (kan ses i mikroskop). Fig 21.3a & b.
- § Kromosomen består av 2 systerkromatider som hålls ihop i centromeren.
- § Mitoliska spolen bildas från centrosomerna.
- Mikrotubuli fäster i centrosomer och centromeren (kromosomerna).
- Finns olika sorters mikrotubuli. Fig 21.3c.
- o Kinetochor: de som fäster i kromosomerna.
- o Polära: sträcker sig från en centromer till en annan.
- o Astrala: utgår från centromer. Fäster den i omgivningen.
- o Metafas: kärnmembran börjar brytas ner till små vesikler. Fig 21.3c.
- § ER och Golgi bryts också ner på liknande sätt.
- § Mikrotubuli (som sedan drar isär kromatiderna) binder på kromosomen.
- Varje kromosom fästs således på den mitotiska spolen.
- § Kromosomer rör sig mot cellens ekvatorialplan. En check-point. Fig 21.3c.
- o Anafas: proteiner som håller samman systerkromatider bryts ner.
- § Sker mha enzymkomplexet APC(anaphase promoting complex).
- § Leder till ”loss of cohesion” à systerkromatiderna separerar à vandrar åt var sin pol av cellen.
- Mikrotubuli bryts då ned allt eftersom kromatiden passerat.
- Läkem. som stoppar nedbr. av mikrotubuli leder till stoppad celldelning.
- o Telofas: nu finns en systerkromatid i varje pol av cellen. Fig 21.3d.
- § Kontraktil ring bildas som dras ihop mha myosin à cellen klyvs.
- § Mitotiska spolen bryts ned.
- § Kromatinet mindre kondenserat.
- § Kärnmembranets vesiklar återbildar kärnmembr. runt kromosomerna, ER & Golgi.
- § Kromosomerna luckras upp allt mer.
- o Dottercellerna övergår nu till interfas.
- Reglering av cellcykeln sker på olika nivåer
- o Kan göras på olika sätt:
- Autonoma kontrollen av cellcykeln (Nivå 1)
- o Passage mellan cellcykelns olika faser regleras.
- o Olika ”check-points”: garanterar att genomisk integritet uppehålls.
- § Tex chromosome alignment.
- o Kinaser fosforyl. andra molekyler, ändrar deras konformation, och styr därmed passagen.
- § Kinaser har proteiner som kofaktorer.
- Kallas cykliner (A-E)à Cdk-cyklinberoende kinaser.
- o Bildas komplex med kinas + cyklin (kofaktorn) à Cdk-cyklinkomplex.
- § Har 2 roller:
- Aktiverar enzymer som driver cellcykeln fram i respektive cellfas.
- Bryter ner tidigare fasspecifika cykliner à cellens fasövergång blir irreversibel à driver cellen vidare ut ur pågående fas in till nästa.
- o Cdk1 (M-fas) à M-phase promoting (MPF).
- § Cdk1 tillsammans med cyklin B à pre-replication complex återbildas à ny replication kan ske senare i cellcykeln.
- § Inducerar även följande:
- Kondensation av kromosomer.
- Nedbrytning av kärnhölje.
- Bildning av mitotisk spole.
- § Aktiverar även APC à ”loss of cohesion” bland kromosomer à anafas.
- Senare bryts cyklin B ner mha APC à Cdk1 förlorar aktivitet à telofas.
- o Cdk2 (G1 och S-fas) à S-phase promoting (SPF) - Fig 21.6.
- § Cdk2 tillsammans med cyklin A & E fosforylerar DNA-polymeraser.
- Replikation av DNA startar från pre-replication complex.
- Hindrar även att nytt pre-replication complex bildas à
- o Cykliner och Cdk ingår i stor grupp proteiner – cell division cycle proteins (cdc).
- Reglering genom tillväxt- och tillväxthämmande faktorer (Nivå 2):
- o Komponenter som påverkar autonoma kontrollen av cellcykeln (Nivå 1).
- § T.ex. tillväxtfaktorer - Fig 21.5.
- o Avgör om celldelning ska ske eller inte.
- o Tillförsel av tillväxtfaktorer i G0
- § Framkallar transkription av många gener.
- § Binder till receptorer som i sin tur startar signalvägar in till cellkärnan.
- § Early response genes aktiveras àaktiverar i sin tur late response genes.
- Late response genes inkluderar olika cykliner och Cdk.
- o Tillförsel av tillväxtfaktorer i cell som är i aktiv celldelning
- § Påverkar G1-S-restriktionspunkten. Utträde ur G1 och övergång till S - Fig 21.7.
- Som ett gränsvärde – passeras detta kan cellen fortsätta sin celldelning, oberoende av ytterligare tillväxtfaktorer.
- § E2F-transitionsfaktor kan blockera passage genom G1-S-restriktionspunkt.
- Styr tillverkn. av cykliner & enz som är viktiga för övergången G1 à S-fas.
- Retinoblastomproteinet (pRb) kontrollerar E2F.
- o Aktiv pRb blockerar E2F à hindrar övergång till S-fas.
- o Fosforylerat (inaktivt) pRb blockerar inte E2F à övergång till S-fas kan ske.
- o Fosforylering av pRb beror på Cdk4 & Cdk6, som i sin tur är beroende av cyklin D.
- o Just cyklin D bildas som svar på många transkr.faktorer à förklarar hur tillväxtfaktorer kan styra passage över G1-S-restr.pkt.
- o pRb är en suppressorgen – vid avsaknad sker ju celldelning okontrollerat. Ofta fallet i cancer.
- o P53-genen: ökar i koncentration vid cellskada (tex strålning eller syrebrist).
- § Leder till att inhibitorn p21 (se nedan) bildas à hämmar cdk-cyklinkomplex à cellen stannar i tillväxt tills reparation skett.
- § Vid stor cellskada stimulerar p53 istället till apoptos.
- § Mutationer i p53 minskar dess effektivitet à celldelning fortskrider, trots cellskader. Ofta fallet i cancer.
- o Cdk-inhibitors – Cdk I. Bland annat p21.
- § Deltar i positiv och negativ reglering av celldelning.
- § En lägre koncentrtion av Cdk I leder till celldelning.
- § En högre koncentration av Cdk I leder till hämning av celldelning.
- o Celltillväxt och celldelning styrs även av adhesionsmolekyler. Cellens kontakt till ECM.
- o Polyaminer är positivt laddade kolväten med aminogrupper.
- § Vid närvaro av polyaminer stimuleras DNA-replikation (S-fas).
- § Vid frånvaro av polyaminer stannar cellen i S-fas.
- Meios
- o Bildning av könsceller.
- o Kromosomantalet halveras.
- o Könsceller har haploid uppsättning – en kopia av en kromosom. Antingen från mamma lr pappa.
- o Andra celler har diploid uppsättning – 2 kopior av en kromosom. Från mamma och pappa.
- o Utgångspunkt för meios är en diploid cell som genomgått S-fas (DNA-replikation) -Fig 21.9.
- o Därefter sker två konsekutiva celldelningar.
- § Meios 1 – homologa kromosomer parar sig samman (>< ><).
- Sker utbyte mellan maternella och paternella kromosomer – rekombinationer.
- Vid delningen går varje kromosom till var sin cell (ß >< >< à).
- § Meios 2 - systerkromatiderna separerar (> <). Slutresultat 4 st haploida celler.
- Bildning av äggcellen och fertilisering
- o Bildas ca 100 000 omogna äggceller (oocyter) hos kvinnor. Ej konstant prodkution
- o Vid menstruation lämnar oocyter kroppen.
- o Vid bildning av oocyt stannar cellcykeln i meios.
- o Könsmognad t.om. menopaus – aktiveras ett antal blivande äggceller à fullföljer meiosen.
- o Oocyter är stora, ty de innehåller RNA och protein som sedan behövs till de inledande celldelningarna vid befruktning.
- Defekter i meiosen och sjukdom
- o Kan leda till förlust eller tillkomst av kromosomer à oftast leder det till fetal död.
- o Leder även till utvecklingsstörningar.
- o Trisomi 21 (tre kopior av kromosom 21) – Downs syndrom.
- o Vid högre ålder är det större risk att få kromosomala rubbingar i befruktade celler.
- Celldifferentiering
- o Potensgraden anger till vilken grad stamceller kan differentiera.
- o Unipotenta stamceller – ger upphov till en enda differentierad celltyp.
- o Multipotenta stamceller – ger upphov till närbesläktad familj av celler.
- § I blodsystemet. Kan bilda flera olika celler i blod.
- o Totipotenta stamceller – ger upphov till vilken celltyp som helst.
- § Embryon bildar cellklumpar som sedan differentierar.
Apoptosà inga fler DNA-replikationer kan ske i samma cellcykel.
- Programmerad celldöd.
- o Rensar bort gamla celler.
- o Försvarsmekanism – förhindrar ytterligare celldelning hos skadade celler.
- Skillnad från nekros, där cellen dör okontrollerat vid kraftig påverkan (värme, syrebrist etc.).
- o Vid nekros sväller cellen upp och sprängs (lysis) à dess innehåll frisätts till omgivning
- Vid apoptos fragmenteras cellen
- o Cellen krymper à kromatinkondensering à kärnfragmentering à bildas apoptotiska kroppar (begränsade av membraner) à äts upp av makrofager. Fig 22.8
- o Inget innehåll läcker ut, till skillnad från nekros!
- Aktiveringsvägar för apoptos:
- o 1. Inre vägen via mitokondrie eller DNA-skada. Frisättning av Cyt C.
- o 2. Celldödsreceptoraktivering.
- o 3. Aktivering av caspas – intracellulärt kaskad-enzym.
- 1. (Inre vägen) Cytokrom c-frisättning
- o Cyt C finns normalt mellan intermembranutrymmet i mitokondrier.
- § Deltar där i produktion av ATP.
- o Vid DNA-skada kan det frisättas till cytosol à aktiverar caspaser.
- 2. Celldödsreceptoraktivering
- o En ligand binder till receptorn och inducerar apoptos inom immunsystemet.
- o TNF (tumor necrosis factor) binder till cellreceptorer och inducerar apoptos.
- o Fosfatidylserin är fosfolipid.
- § Finns normalt i det indre bladet av cellmembranen.
- § Vid apoptos flibbar membranet à fosfatidylserin exponeras på utsidan av cellen à fungerar som fagocytosreceptor för makrofagerna.
- 3. Aktivering av caspas
- o Klyver ner lamin i kärnan och andra cytoskelettproteiner.
- o Aktiverar ett DNA-nedbrytande enzym à klyver cellens DNA.
- o Caspasakt. sker via frisättning av cytokrom C och via aktivering av celldödsreceptorer -Fig 22.9.
- Suppressorgener kan blockera celldelning och inducera apoptos.
- o Tex. Exemplet med pRb:
- § Retinoblastomproteinet (pRb) kontrollerar E2F.
- Aktiv pRb blockerar E2F à hindrar övergång till S-fas.
- Fosforylerat (inaktivt) pRb blockerar inte E2F à övergång till S-fas kan ske.
- Fosforylering av pRb beror på Cdk4 & Cdk6, som i sin tur är ber. av cyklin D.
- Just cyklin D bildas som svar på många transkr.faktorer à förklarar hur tillväxtfaktorer kan styra passage över G1-S-restr.pkt.
- pRb är en suppresorgen – vid avsaknad sker ju celldelning okontrollerat. Ofta fallet i cancer.
- o Vid DNA-skada bildas proteinet p53 – stressprotein (värme, strålning, kemikalieexponering)
- § Genomets väktare - kontrollerar DNA.
- § Höga halter av p53 aktiverar caspaser à apoptos.
- § Vid cancer är p53 inaktiverat à ingen apoptos.
- o Cdk-inhibitors (p21).
Vecka 5 – Metabolism – Kap 24-29à toxiska eller inflammatoriska ämnen.
24 – Översikt av metabolismen – 249-254
- § Funktionella makromolekyler (enszymer, immunoglobuliner).
- § Energiförråd i form av glykogen och triacylglycerol. Regleras efter tillgång på föda.
- Anabolism och katabolism regleras på ett reciprokt sätt - Fig 24.7.
- o Oxidativ väg (nedbrytning): glykolys, β-oxidation, csc och el.transp.kedja.
- o Syntes väg: glykogensyntes, glukoneogenes, fettsyrasyntes.
25. Kolhydradmetabolismen – 255-271à glykogensyntes blir aktiv.
à frigörs vid sjunkande blodsocker
à höjer nivån av cAMP
à aktiverar proteinkinas A
à proteinkinas A orsakar fosforylering av enz fosforylaskinas
à enz fosforylaskinas katalyserar en fosforylering av glykogenfosforylas
à glykogenfosforylas blir aktivt (fosforylas b)
à leder till att glykogen bryts ned. Fig 25.11.
à Ca2+ binder till protein kallat calmodulin
à Calmodulin ingår i fosforylaskinas
à Fosforylaskinas aktivitet ökar
à glykogenfosforylas blir aktivt (fosforylas b)
à leder till att glykogen bryts ned. Fig 25.11.
26. Lipidmetabolismen (fettmetabolism) – 271-281
- Lipider (fetter) är den mest koncentrerade formen av energi hos en organism.
- o Dubbelt så mkt fett från fett jmf med kolhydrat lr protein.
- o Fettsyraoxidation är viktigaste processen i muskeln för att ge energi.
- Kroppsfettet finns som triacylglycerol
- o Fungerar som energireserv.
- o Energi från fett kan tillgodogöras mellan måltider, under natten, fasta, svält.
- o Sker huvudsakligen i lever och fettväv.
- Degradering av triacylglycerol
- o Energibehov signaleras genom stegring av adrenalin eller glukagon
- o Energin hos fettsyror fås genom β-oxidation.
- § Bildas ett antal acetyl-CoA à oxideras i csc
- Förberedelse för β-oxidationen
- o Fettsyror måste först aktiveras (likt glukos).
- § Sker genom att fettsyran kopplas till coenzym A mha enz. Acyl-CoA-ligas.
- § Kräver energi (ATP).
- § à Acyl-CoA.
- o Acyl-CoA transporteras in i mitokondrien. Fig 26.1.
- o Efter att acyl-CoA transporterats in i mitokondrien börjar fettsyraoxidationen.
- Själva β-oxidationen – se föreläsningen för reaktionsformel
- o Sker i mitokondrien. Kan även ske i peroxisomen (mkt långa samt grenade fettsyror).
- o α-kolet finns närmast karboxylgruppen, det intill kallas β-kolet.
- § Vid β-oxidationen oxideras β-kolet.
- o β-oxidation är cyklisk process à acylkedja klyvs successivt till 2C-fragment à omvandlas till acetyl-CoA. Fig 26.3.
- Första steget
- o Acyl-CoA oxideras till enoyl-CoA .
- § Mha enz acyl-CoA-dehydrogenas à bildas en dubbelbindning.
- § FAD används som coenzym.
- § Finns 4 olika acyl-CoA-dehydrogenas – för mkt långa, långa, medellånga, kort.
- Brist på dehydrogenas ger otillräcklig energitillförsel.
- Andra steget
- o Vatten adderas.
- o En ny oxidation äger rum.
- o Bildas ketosyre.
- o NAD används som coenzym.
- Tredje steget
- o Det bildade 2C-fragmentet klyvs bort mha enz. B-ketothiolas.
- o Bildas acetyl-CoA.
- Varje varv bildas: 1 FADH2 , 1 NADH2 , 1 acetyl-CoA. Elektronbärarna är energirika.
- Acetyl-CoA fortsätter in i csc för vidare oxidation.
- Regleringen av β-oxidationen
- o Reglering sker genom inflödet av acylgrupper över mitokondriemembranet.
- o Enz. regleras av malonyl-CoA.
- § Malonyl-CoA är startprodukt i fettsyrasyntes à hämmar β-oxidation.
- § Således sker oxidation och syntes av fettsyror aldrig samtidigt.
- o Höga nivåer av NAD+ à energibrist à gynnar β-oxidation
- o Höga nivåer av NADH à överskott på energi à hämmar β-oxidation.
- Andra oxidationer
- o Finns även ω-oxidation (s274). Sker i ER.
- o Sista kolatomen (ω) oxideras först.
- o Främst på medellånga fettsyror.
- När används fettsyror som energisubtrat?
- o Används vid svält eller fasta (natten).
- o Vid fettrik kost.
- § Lågt glukosintag à fettsyror används istället. LCHF.
- o Vid diabetes.
- § Bristen på intracellulärt glukos à fettsyror används istället.
- Ketonkroppar bildas vid kraftig fettnedbrytning
- o Sker när fettnedbrytning blir kraftig.
- o Bildas i leverns mitokondrier.
- o Skickar istället iväg acetyl-CoA som ketonkroppar (tex aceton).
- Hjärnan kan använda ketonkroppar som energistubtrat
- o Hjärnan föredrar glukos.
- o Ketonkroppar kan dock användas i hjärnan vid svält.
- § Pga att fett inte kan ta sig över blod-hjärnbarriären à krävs ketonkroppar då.
- o Enz. succinyl-CoA-transferas omvandlar ketonkroppen à acetyl-CoA à oxideras i csc - Fig 26.4.
- Fettsyrasyntes
- o Vissa fettsyror kan inte syntetiseras à tillförs via dieten à essentiella fettsyror.
- o Fettsyrasyntes sker i lever och fettväv.
- o Äter fett à hydrolyseras till fettsyror à absorberas i mag-tarmkanal à tas upp av perifera vävnader (främst fettväv).
- o Fettsyrasyntes är helt skild från β-oxidation (till skillnad från glykolys kontra glukoneogenes).
- § Syntes sker i cytosol, ej i mitokondrien.
- § Startmolekyl är malonyl-CoA.
- Komponenter för fettsyrasyntesen
- o Krävs NADPH. I samband med anabola processer (syntes). Finns mycket NADPH i lever.
- o Acetyl-CoA-molekyler som behövs för syntes kommer från:
- § Kolhydrater (via pyrutvat)
- § Aminosyror.
- Reglering av fettsyrasyntesen
- o När det finns överskott av energi i förhållade till behov lagras det som fett.
- § Mha hastighetsreglerande enz. Acetyl-CoA-karboxylas.
- o Insulin stimulerar fettsyrasyntes.
- § Aktiverar tex. Acetyl-CoA-karboxylas.
- o Typen av diet påverkar de lipogena enzymerna.
- § Kolhydratrik diet à ökar syntes av acetyl-CoA-karboxylas à stimulerar fettsyrasyntes.
- § Fettrik diet à hämmar syntes av acetyl-CoA-karboxylas à hämmar fettsyrasyntes.
- Förlängning av fettsyror
- o Palmitinsyra är slutprodukt för fettsyrasyntesen.
- o Längre fettsyror kan ske med utgångspunkt från palmitinsyran.
- o Sker i ER eller mitokondrien.
- o Enzymkomplex fettsyra-elongeringssystemet förlänger fettsyran med 2 C-atomer.
- § Bildas då stearinsyra (18 C). Människor kan inte bilda längre.
- § Införs då istället dubbelbindningar.
- Fleromättade fettsyror
- o Två eller flera dubbelbindningar.
- o Indelas i två huvudgrupper:
- § Omega-6-familjen: dubbelbindning 6 C-atomer från Omega-kolet (änden).
- § Omega-3-familjen: flera dubbelbindningar: en är 3 C-atomer från Omega-kolet.
- § Omega-kolet är det sista i fettsyran.
- o Måste tillföras via dieten.
- § Kan då förlängas till 20-22 kolatomer.
- o Strukturmaterial och signalsubtanser.
- o Omega-6 och omega-3 fetter tävlar om samma enzymer för syntes av andra fettsyror.
à Relationen omega-6/omega-3 viktig.à Aktiverar hormonkänsligt lipas (HKL). Kap. 16.
à Triacylglycerol bryts ned till diacylglycerol & monoacylglycerol under frigöring av fettsyror
à Monoacylglycerol bryts ned till fettsyror och glycerol mha lipas MGL.
à Fettsyror diffunderar ut ur fettcell
à Transporteras, bundna till albumin, till lever och muskler
27. Proteinmetabolismen – 281-283
1. Aminogruppen förs över till α-ketoglutarsyra à bildar gluatminsyra.
2. Glutaminsyra oxideras à ammoniumjoner bildas.
28. Citronsyracykeln – 285-288
- Största delen av cellens energiproduktion sker i csc.
- Csc. är ett arrangemang molekyler för att oxidera acetyl-CoA.
- o Slutprodukten är koldioxid. Bildas energi.
- Oxiderar 2 C-atomer per varv.
- o Avges elektroner à fångas upp av NAD & FAD à NADH & FADH2.
- o Bildas 3 NADH, 1 FADH2 och 1 GTP (omvandlas till ATP) per acetyl-CoA
- Reaktionen i csc:
- Citronsyracykeln går i åtta steg
- o Csc sker bara under aeroba förhållanden, ty kräver tillförsel av FAD och NAD.
- § Dessa omvandlas till FADH2 och NADH + H+ i csc.
- § FAD och NAD regenereras när dessa överför sina elektroner till syre i andningskedjan.
- o Csc regleras efter behov av energi samt tillgång till intermediärer och subtrat.
- § Hastighet bestäms av flödet av acetyl-CoA genom de 3 irreversibla stegen:
- Intermediärerna i csc används för många saker
- o Kan användas till annat än oxidation acetyl-CoA.
- § Syntes av andra aminosyror.
- o Vid svält, omvandlas till glukos via glukoneogenesen.
- o Betyder att intermediärer måste fyllas påständigt mha anapleurotiska reaktioner.
- o Vid diabetes bildas inte tillräckligt med oxalacetat (produkt av glukos) à fettsyror bryts ju ner à ansamlas acetyl-CoA à omvandlas till ketonkroppar à svämmar ut i blodet à ger acidos à livshotande.
- o Omvandling av aminosyror (transaminering/deaminering) ingår också i anapleurosen.
- § Kan då omvandlas till intermediärer och fortsätta csc.
- Csc är intimt kopplad till andningskedjan i mitokondrierna
- o Energi fås genom oxidation av födoämnen.
- § Reaktioner där väte och elektroner tas bort (glykolysen, β-oxidation, csc).
- o Nu får syret vara med à andningskedjan.
28. Andningskedjan – 288-290acetyl-CoA + 3 NAD + 1 FAD + 3 H2O à 2 CO2 + 3 NADH+ + 1 FADH2 + GTP + CoA
1. Citratsyntas
2. Isocitratdehydrogenas
3. A-ketoglutaraldehydrogenas
à Protoner avges på ena sidan av membranet à bildas en protongradient
29. Integrering av metabolismen – 301-305